Système canadien d'information sur les feux de végétation

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

Sources de données et méthodes pour les cartes quotidiennes

Les points chauds sont obtenus de multiples sources :

  • Imagerie par radiomètre perfectionné à très haute résolution (AVHRR), courtoisie de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) des É. U., du National Environmental Satellite, Data and Information Service (NESDIS).
  • Imagerie par spectroradiomètre imageur à résolution moyenne (MODIS), courtoisie du Department of Geography de la University of Maryland (UMD), du Active Fire Mapping Program, du Remote Sensing Applications Center (RSAC) et de l’USDA Forest Service. (activefiremaps.fs.fed.us)
  • Imagerie au moyen de la suite de radiométrie à balayage dans le visible et l’infrarouge (VIIRS), courtoisie de l’UMD et du RSAC.

Comment les capteurs satellitaires détectent les feux de forêt : 

Les capteurs satellitaires enregistrent l’intensité du rayonnement électromagnétique provenant de la Terre pour diverses longueurs d’onde spectrale ou bandes spectrales. Ces longueurs d’onde spectrale se trouvent dans la partie visible (0,4–0,7 µm) et dans la partie infrarouge (0,7–100 µm) du spectre. Les feux et les autres sources de chaleur intense peuvent être détectés si le capteur couvre une bande près de la plage de 4 µm, qui est très sensible au rayonnement émis par des objets dont la température dépasse les 200°C. La température des flammes varie de 800 à 1200 °C, et les feux émettent beaucoup plus de rayonnement à des longueurs d’onde dans l’infrarouge que dans le visible. Par conséquent, il est possible de détecter des feux qui ne couvrent qu’une partie (moins de 0,1 %) d’un pixel d’image. D’autres types d’objets, comme les bords des nuages et le sol à découvert, produisent aussi une grande réponse dans la bande de 4 µm; par conséquent, des données provenant d’autres bandes sont nécessaires pour éliminer les données parasites (« faux positifs »).

Les capteurs satellitaires fournissent des renseignements sur les feux de forêt au Canada :

  • Les balayeurs dans l’infrarouge thermique qui sont à bord des aéronefs sont souvent utilisés pour cartographier les points chauds liés à des feux de forêt, ainsi que l’intensité des feux pour des feux isolés ou de petites régions. Ces renseignements permettent aux organismes de gestion des feux de cibler les efforts pour éteindre les feux au moyen de bombardiers à eau et d’équipes sur le terrain.
  • Le spectroradiomètre imageur à résolution moyenne (MODIS) de l’Aeronautics and Space Administration, doté de canaux spécialement conçus pour détecter des feux, est le capteur satellitaire le plus couramment utilisé pour la détection de feux couvrant de vastes étendues. La détection des feux est principalement réalisée par les canaux d’une résolution de 1 km aux longueurs d’onde de 4 µm et de 11 µm, lesquelles sont associées à des températures de saturation élevées respectivement d’environ 450 K (177 °C) et 400 K (127 °C). Deux satellites embarquent le capteur MODIS; ils assurent ensemble la couverture complète du Canada environ quatre fois par jour.
  • Le radiomètre perfectionné à très haute résolution (AVHRR) de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) des É. U. est aussi doté de canaux d’une résolution de 1 km aux longueurs d’onde de 4 µm et de 11 µm, mais à de plus faibles températures de saturation. Quatre satellites AVHRR fournissent les points chauds concernant Fire M3 au moyen d’un algorithme d’identification, de cartographie et de surveillance des feux, soit le Fire Identification, Mapping and Monitoring Algorithm (FIMMA) de la NOAA.
  • La suite de radiométrie à balayage dans le visible et l’infrarouge (VIIRS), exploitée par la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des É. U., a été conçue pour succéder au AVHRR et au MODIS. Deux satellites embarquent le capteur VIIRS, qui a des canaux de détection d’une résolution de 750 m et de 375 m. Le capteur VIIRS a une résolution plus précise que celle du MODIS et que celle de l’AVHRR, et il peut détecter de plus petits feux.
  • Le Satellite Pour l'Observation de la Terre (SPOT) avec capteur Vegetation (VGT) est doté de quatre canaux qui mesurent l’énergie réfléchie par la Terre. Parce qu’il lui manque des canaux thermiques, le capteur n’est pas bien adapté pour la détection des feux en activité. Toutefois, il ne possède pas de canaux dans le proche infrarouge ou dans l’infrarouge de courte longueur d’onde, lesquels sont hautement efficaces pour cartographier l’étendue d’une forêt brûlée une fois le feu éteint. L’imagerie VGT est actuellement utilisée pour la cartographie annuelle des forêts brûlées à l’échelle du Canada.
  • Le capteur thématique (TM) de Landsat permet l’observation de superficies à une résolution de 30 m sur sept canaux. Cette haute résolution n’est toutefois possible que pour un emplacement donné une fois aux 16 jours. Le capteur TM de Landsat est parfaitement adapté pour fournir des cartes détaillées de zones brûlées par des feux isolés ou un ensemble de feux. Les cartes qu’il fournit peuvent être utilisées pour planifier les coupes de récupération et pour vérifier l’étendue des zones brûlées, cartographiées au moyen d’une imagerie VGT grossière.

Les avantages et les limites de la détection des feux par satellite

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 feux 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 :

  • Les tests utilisés par les algorithmes de détection des incendies afin d’éliminer les « faux positifs » échouent parfois; de faux incendies sont alors enregistrés. Toutefois, compte tenu du grand nombre de pixels d’imagerie satellitaire examinés chaque jour partout au Canada (environ 9,5 millions), le taux d’erreur est extrêmement faible. Un point chaud peut être confirmé lorsqu’un observe un panache de fumée conique qui en émane. Cependant, il est parfois impossible de voir un panache de fumée émanant d’un petit feu ou d’un feu caché par des nuages.
  • Les algorithmes ne peuvent pas détecter les feux à travers d’épais nuages ou une épaisse fumée. Il se peut donc qu’un grand feu ne soit pas détecté avant plusieurs jours, qu’il soit détectable à un moment donné, puis à nouveau plus tard; un petit feu peut être actif, puis s’éteindre sans avoir été détecté.
  • Il s’écoule de une à sept heures entre l’acquisition de l’image par satellite et la diffusion de celle-ci sur le site du SCIFV, selon le capteur et le temps de traitement. Ce délai, de même que la résolution grossière, limite l’utilité de la détection par satellite en ce qui a trait aux opérations tactiques de lutte contre les incendies.
  • La superficie actuelle de la zone où un incendie est en pleine activité ne peut être déterminée par imagerie satellitaire. Un pixel d’un point chaud de 1 km² peut représenter un feu d’une étendue aussi petite que 100 m². De plus, un feu intense couvrant une zone de moins de 1 km² peut, en fait, être visible comme un groupe de plusieurs pixels d’un point chaud. C’est le résultat de la taille variable et du chevauchement spatial des pixels bruts non projetés.

La modélisation des activités est le troisième « M » dans Fire M3 

Pour chacun des emplacements de points chauds, diverses caractéristiques des feux sont modélisées au moyen de la Méthode canadienne de l'indice Forêt-Météo et de la Méthode canadienne d'information sur les feux de végétation conçues par le Service canadien des forêts. Les indices d’humidité des combustibles et les indices Forêt-Météo sont calculés à partir d’observations météorologiques. La Méthode canadienne de prévision du comportement des feux de forêt utilise les conditions météorologiques propices aux feux, le type de combustible et la topographie pour prévoir la vitesse de propagation, l’intensité du feu, le type de feu et la consommation de combustible. Il est possible de faire une recherche pour cet ensemble de caractéristiques des feux pour chaque point chaud en cliquant sur l’icône du point chaud sur la carte interactive.

Les emplacements des points chauds et les caractéristiques relatives au comportement du feu sont également utilisés comme données pour alimenter des modèles de prévisions de la fumée, qui sont conçus pour prévoir les concentrations des matières particulaires à la surface. Pour de plus amples renseignements, veuillez visiter FireSmoke Canada.

Utilisation de capteurs satellitaires pour cartographier les zones brûlées

Comme les feux de forêt dont la superficie dépasse les 10 km² représentent plus de 95 % de la superficie annuelle brûlée au Canada, l’imagerie satellitaire d’une résolution de 1 km est efficace pour cartographier la grande majorité des superficies brûlées. Le Centre canadien de télédétection (CCT) a mis au point une technique qui cartographie les forêts brûlées une fois par an partout au Canada (Fraser et Cihlar 2000). La méthode combine une carte annuelle des points chauds avec les changements annuels observés de l’indice de végétation au moyen de SPOT VGT. L’indice de végétation est comparé pour chaque pixel d’une année à l’autre (p. ex. septembre 2011 et septembre 2012). Les pixels pour lesquels une importante baisse d’indice est observée et qui correspondent à des emplacements de points chauds sont représentés comme des zones brûlées sur la carte. Cette technique est utilisée pour obtenir une résolution grossière des superficies forestières brûlées à la fin de chaque saison de feux de forêt.

Un algorithme distinct a été mis au point pour cartographier les zones brûlées à une résolution spatiale de 30 m en utilisant des images uniques Landsat TM. La procédure a été utilisée pour la cartographie automatique des brûlages individuels, ce qui donne une carte plus précise de la superficie brûlée et peut aider à la planification des coupes de récupération après un feu de forêt.

Enfin, les points chauds détectés par satellite peuvent aussi être utilisés pour établir les périmètres approximatifs des zones brûlées en temps quasi réel. La couche des estimations de périmètres d’incendie sur la carte interactive du SCIFV montre l’étendue estimée de la superficie brûlée à ce jour et est obtenue par la combinaison et le traitement des points chauds de la saison à ce jour. En raison des limites de la résolution et de l’exactitude spatiale des points chauds, les résultats obtenus par cette méthode devraient être considérés comme des estimations très grossières, et conviennent le mieux aux feux de grande étendue. Toutefois, ils peuvent être un bon indicateur de la superficie brûlée en l’absence d’une autre option de cartographie des feux.

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.


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