Système canadien d'information sur les feux de végétation

Système de surveillance, de cartographie et de modélisation des incendies de forêt (Fire M3)

Foire aux questions

Comment les capteurs à bord des satellites sont-ils en mesure de détecter les incendies de forêt?

Les capteurs à bord des satellites enregistrent l'intensité de la radiation électromagnétique de la Terre dans diverses longueurs d'onde spectrales (ou canaux). Ces longueurs d'onde peuvent être classifiées dans des « fourchettes générales » comprenant le visible (0,4–0,7 µm), le proche infrarouge (0.7–1.3 µm), l'infrarouge moyen (1.3–3.0 µm) et l'infrarouge thermique (3,0–100 µm). Les incendies ainsi que les autres sources de chaleur intense peuvent être détectés si un capteur comprend un canal dans la zone de 4 µm, qui est hautement sensible à la radiation thermale émise par des objets plus chauds que 200 °C. Pour de plus amples informations sur la télédétection par satellite, veuillez vous reporter au didacticiel Principes de télédétection sur le sur le site Web du Centre canadien de télédétection (CCT).

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Quels capteurs sont présentement utilisés pour fournir des informations sur les incendies de forêt au Canada?

  • Les balayeurs infrarouges thermiques utilisés dans les aéronefs sont souvent mis à contribution pour cartographier les points chauds ainsi que l'intensité d'un incendie pour des feux individuels ou de petites régions. Ces informations permettent aux agences de gestion des incendies de forêt de cibler efficacement les efforts de suppression pour les équipes d'attaque au sol ou dans les extincteurs volants.
  • Le Radiomètre perfectionné à très haute résolution (AVHRR) de la National Oceanic and Atmospheric Administration américaine est le capteur à bord d'un satellite le plus communément utilisé pour détecter des incendies sur de grandes régions ou des pays entiers. Il peut fournir une image instantanée quotidienne du Canada avec une résolution théorique de 1 km dans cinq fenêtres spectrales. Le capteur AVHRR est utilisé pour la surveillance, la cartographie et la modélisation quotidiennes dans la détection des incendies de forêt pour l'ensemble du Canada.
  • L'instrument Végétation (VGT) du satellite pour l'observation de la Terre (SPOT), lancé en 1998, comprend quatre canaux qui mesurent l'énergie réfléchie par la Terre. Tout comme le capteur AVHRR, le VGT fournit une couverture quotidienne du Canada avec une résolution de 1 km. En raison de son manque de canaux thermiques, le capteur n'est pas aussi habilité pour relever les incendies actifs que le AVHRR. Cependant, il inclut des canaux du proche infrarouge et de l'infrarouge de courte longueur d'onde qui sont hautement efficaces pour cartographier l'étendue des forêts brûlées après qu'un incendie ait été circonscrit. L'imagerie VGT est présentement utilisée pour la cartographie annuelle des forêts brûlées à l'échelle du pays.
  • Le capteur TM du satellite Landsat permet des observations avec une résolution de 30 mètres dans sept fenêtres spectrales. Cette haute résolution a comme contrepartie le fait qu'on ne peut seulement observer une localisation donnée qu'une fois chaque 16 jours. Le capteur TM est mieux adapté pour fournir des cartes détaillées de superficies brûlées par des feux individuels ou des ensembles de feux. Ces cartes peuvent être utilisées pour planifier des opérations d'exploitation complémentaire ainsi que pour vérifier l'étendue des superficies brûlées cartographiées avec l'aide de l'imagerie à résolution plus grossière VGT.
  • Le spectromètre imageur à résolution moyenne (MODIS) de la National Aeronautics and Space Administration, lancé à la fin de 1999, a des fenêtres spectrales spécifiquement conçus pour la détection des incendies. Celles-ci comprennent des canaux d'une résolution de 1 km à 4 µm et 11 µm, avec des températures de haute saturation d'environ 450 K (177 °C) et 400 K (127 °C), respectivement.

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Comment les incendies de forêt sont-ils détectés par le capteur à bord du satellite AVHRR?

Le plus important canal de l’AVHRR pour la détection d'incendie est situé dans le moyen infrarouge. Il mesure une combinaison d'énergie réfléchie et thermique à des longueurs d'onde avoisinant 3,7 µm. Ce canal est hautement sensible aux objets qui émettent de l'énergie thermique à haute température (plus de 200 °C), tels que les incendies de végétation. Pour cette raison, le capteur AVHRR peut détecter des incendies qui couvrent seulement une fraction (moins de 0,1 % ou 1200 m²) d'un pixel de 1,2 km² de l'AVHRR. Puisque d'autres types d'objets, tels que les bordures de nuage et les sols exposés, produisent aussi une importante réponse dans le canal du moyen infrarouge, les informations d'autres canaux de l’AVHRR sont requises pour éliminer les données exogènes (« fausses alarmes »). L'algorithme de détection des incendies de l'AVHRR utilisé dans la surveillance, la cartographie et la modélisation a été élaboré et vérifié spécifiquement pour les incendies en forêt boréale. Il est décrit dans des travaux de Li et collab. (2000b et 2000c).

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Quels sont certains des avantages et des limites à l’utilisation de satellites pour la détection des incendies?

Le principal avantage de faire appel aux satellites pour détecter des incendies est qu'ils peuvent couvrir tout le Canada sur une base journalière, et ce, à un coût relativement bas. Ceci les rend efficaces pour détecter des incendies dans des régions éloignées et inhabitées, là où la surveillance conventionnelle des incendies est moins intensive. Les épais panaches de fumée issus des incendies de forêt, excédant souvent plusieurs centaines de kilomètres, peuvent aussi être identifiés en faisant appel à l'imagerie satellitaire.

La détection des incendies par satellite a certaines limites qui doivent être gardées à l'esprit lorsqu'on examine les images quotidiennes s'y rattachant :

  • À l'occasion, les tests utilisés par les algorithmes d'analyses des incendies afin de contrer les « fausses alarmes » ont des résultats erronés, ce qui se traduit par de faux rapports d'incendies. Li et collab. (2000c) ont trouvé que près de 14 % des incendies détectés sont de fausses alarmes. En raison de l'important nombre de pixels satellitaires examinés chaque jour à l'échelle du pays (environ 9,5 millions), ceci représente un très faible niveau de bruit de l'ordre de 0,0001 %. Un point chaud peut être confirmé si un panache de fumée conique est observé et en émane. Cependant, il est quelquefois impossible de voir un panache provenant d'un petit incendie ou d'un incendie avec des nuages à proximité.
  • L'algorithme ne peut pas détecter les incendies à travers de gros nuages ou d'épaisse fumée. Un feu donné peut ainsi être indétectable pendant plusieurs jours et puis réapparaître plus tard. En raison de ce facteur limitant, la superficie totale des points chauds satellitaires pour une année moyenne ne représente seulement que près de 65 % de l'actuelle superficie brûlée. Celle-ci peut varier selon la quantité et la fréquence de la couverture nuageuse.
  • L'écart de temps entre le moment où on reçoit les dernières données de l'orbite du satellite AVHRR sur le territoire canadien et la distribution des images quotidiennes des incendies sur le site Web « Fire M3 » est d'environ 6 heures (c.-à-d., de 18 h à minuit). Ceci limite l'utilité d'une détection satellitaire pour les opérations tactiques de lutte contre les incendies.
  • La dimension réelle d'une superficie en train de se consumer est difficile à déterminer à partir de l'imagerie satellitaire. En raison de la sensibilité du canal moyen infrarouge de l'AVHRR, un pixel d'un point chaud de 1 km² peut représenter un incendie d'une taille aussi réduite que 100 m². Par surcroît, un incendie intense couvrant une superficie de moins de 1 km² pourrait prendre la forme d'une grappe de plusieurs pixels de points chauds de 1 km². Ceci est le résultat des diverses tailles et du recoupement spatial des pixels bruts non projetés de l'AVHRR.

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Quelles autres informations sur les incendies de forêt (mis à part la localisation) peuvent être tirées des capteurs satellites?

En plus de détecter les superficies en train de se consumer, l'AVHRR est utilisé dans la procédure « Fire M3 » pour faire la surveillance d'épais panaches et de nuages de fumée. Les superficies touchées et brûlées sont aussi cartographiées après un incendie en utilisant l'instrument VGT de SPOT, le capteur TM de Landsat et l'AVHRR. Nous sommes présentement en train d'élaborer des techniques afin de mesurer la sévérité des dommages à la végétation causés par le feu.

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Comment les panaches de fumée sont-ils découverts par le capteur à bord du satellite AVHRR?

Les panaches de fumée issus des incendies de forêt ont tendance à être hautement réfléchissants et sont, ainsi, souvent difficiles à distinguer des nuages. Pourtant, l'imagerie de l'AVHRR fournit une certaine somme d'informations pouvant être utilisées afin de distinguer efficacement la fumée épaisse, d'une couverture nuageuse. La fumée épaisse et la surface de terrain sous-jacente sont généralement plus chaudes que les nuages et produisent ainsi un signal plus important dans les canaux infrarouges thermiques. En plus, les panaches de fumée ont tendance à avoir une texture spatiale plus lisse que de nombreux types de nuages à une échelle de 1 km². Une récente étude menée par Li et collab. (2000a) s'est penchée sur diverses techniques pour identifier la fumée en utilisant l'AVHRR et incluant les réseaux de neurones artificiels et les tests de seuils multiples. En ce qui a trait à la détection de la fumée dans la procédure « Fire M3 », une approche basée sur les seuils multiples a été adoptée. Les seuils sont conçus pour être conservateurs dans la mesure où les faux pixels de fumée sont gardés à un minimum, alors que seule la plus épaisse fumée au niveau optique est détectée. Prenez note que même cette approche conservatrice de la détection de la fumée peut mener à de faux pixels de fumée. Les panaches de fumée dans les images consacrées aux incendies peuvent être confirmés par la présence de points chauds à proximité ainsi qu'à leur texture lisse et leur forme conique.

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Comment les capteurs à bord des satellites peuvent-ils être mis à contribution pour cartographier les secteurs brûlés?

Puisque les incendies de forêt dépassant 10 km² représentent plus de 95 % des superficies brûlées au Canada, une résolution de 1 km de l'imagerie satellitaire est efficace pour cartographier la grande majorité des secteurs brûlés. Une technique a été élaborée au Centre canadien de télédétection (CCT) qui permet de cartographier à l'échelle du pays les forêts brûlées à intervalles annuels (Fraser et collab., 2000). La méthode fonctionne en combinant la carte annuelle des points chauds générée à partir des données du capteur AVHRR avec les changements annuels observés de l'indice de végétation provenant de l'instrument VGT du satellite SPOT. L'indice de végétation est comparé pour chacun des pixels d'une année à l'autre (ex. : septembre 1998 et septembre 1999). Les pixels ayant une diminution significative de l'indice et spatialement associés à un point chaud selon le capteur AVHRR sont cartographiés comme étant brûlés. Cette technique est utilisée afin de fournir un produit à résolution grossière des superficies brûlées dans la forêt canadienne à la fin de chaque saison d'incendies de forêt.

Un autre algorithme a été élaboré pour cartographier les superficies brûlées avec une résolution de 30 m à partir des images satellitaires Landsat du capteur TM. La procédure a été utilisée pour cartographier automatiquement les brûlés individuels. Ceci peut être utile dans la planification des travaux d'exploitation complémentaire après un incendie de forêt. Un échantillon représentatif des incendies de forêt de 1998 et 1999 a été cartographié avec le capteur TM aux fins de validation et calibration du produit regroupant des pixels de 1 km de superficies brûlées issus du satellite SPOT. Pour de plus amples informations, contacter Robert Landry (robert.landry@ccrs.nrcan.gc.ca).

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Quelles activités de modélisation font partie de la procédure « Fire M3 »?

Pour chacune des localisations d'un point chaud tiré du capteur AVHRR, de nombreux attributs du feu sont modélisés à partir de la Méthode canadienne de l'indice forêt météo et de la Méthode canadienne de prévision du comportement des incendies de forêt élaborées par le Service canadien des forêts. Les indices forêt météo sont modélisés à partir de données de stations météorologiques et comprennent des cotes pour le combustible léger, l'humidité de l'humus, la sécheresse, la propagation initiale, le combustible disponible et la forêt météo. La méthode canadienne de prévision du comportement des incendies de forêt fait appel à des informations sur la forêt météo, le type de combustible, la topographie et le contenu en humidité des feuilles afin de prédire la vitesse de propagation, l'intensité des incendies, la description du feu et la combustion des combustibles. Cette gamme des attributs du feu peut être interrogée pour chacun des points chauds en utilisant le pictogramme « » sur la barre d'outils du serveur cartographique sur Internet.

Le Service canadien des forêts et le CCT a commencé à élaborer un modèle spatialement explicite afin de prédire la quantité des émissions de gaz à effet de serre en provenance des incendies de forêt à l'échelle du pays. Le modèle combinera :

  • les superficies brûlées quotidiennement en utilisant l'instrument VGT de SPOT ainsi que le capteur AVHRR;
  • la combustion du combustible selon la Méthode canadienne de prévision du comportement des incendies de forêt; et
  • les mesures des émissions en provenance des expériences sur les incendies de forêt (dans le cadre de ce projet, le potentiel du capteur TM de Landsat et de l'instrument VGT de SPOT aux fins d'estimation de la combustion des combustibles sera examiné).

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Références

Fraser, R.H.; Cihlar, J. 2000. Hotspot and NDVI differencing synergy (HANDS): a new technique for burned area mapping over boreal forest. International Journal of Remote Sensing 74(3):362-376.

Li, Z.; Khananian, A.; Fraser, R.H. 2000a. Detecting smoke from boreal forest fires using neural network and threshold approaches applied to AVHRR imagery. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 39:362-376.

Li, Z.; Nadon, S.; Cihlar, J. 2000b. Satellite detection of Canadian boreal forest fires: development and application of the algorithm. International Journal of Remote Sensing 21(16):3057-3069.

Li, Z.; Nadon, S.; Cihlar, J.; Stocks, B. 2000c. Satellite-based mapping of Canadian boreal forest fires: evaluation and comparison of algorithms. International Journal of Remote Sensing 21(16):3071-3082.

Sommaire « Fire M3 »

Sources de données et méthodes « Fire M3 »

2017-09-14

Dernière mise à jour :