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Arctic and Northern Oceans Forum (ANOF) -Challenges in the Arctic and Northern Oceans

 

An IEEE TAB initiative
6-7 December 2018 - Brest, France

 

A small Workshop with experienced polar researchers will focus on the challenges brought about by the recent receding ice. The focus will be on impacts of the receding ice cover on the environment, the consequences of increased human activity and of increased resource extraction.

You will be invited to present a status report of research in your area of expertise, and based on that provide a vision developments in the future.

The outcome of the Forum is potentially a review paper in peer reviewed open access journal Frontiers (or as determined by the ANOF forum).

Expressions of interest are invited from researchers who can provide insights into the future of Arctic research. Send an email to This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. with “Arctic and Northern Ocean Forum” as the subject. Places are limited. There will be no registration fee, but no delegate subsidies.

Examples of topic areas are:

  • Observing ice thickness at high resolution;
  • Transportation;
  • Wave heights, currents and coastal erosion;
  • Pollution.

 

 

 

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Technologies for observing and monitoring plastics in the oceans

 

An IEEE OES event

26-27 November 2018 - Pôle Numérique - Brest, FRANCE

 

The event will assess the potential for science and technology to address the mounting global plastic challenge. The workshop will bring together experts investigating the sources of plastics in the ocean and scientists and engineers focusing on existing and new observation technologies to detect and quantify plastics in the ocean. The outcome will be recommendations to major institutions and funding agencies for future technology initiatives.

Recognizing targets for ocean plastic and related indicators, the workshop will examine observation techniques and their potential for deployment. Indeed, the UN Environment Program is interested in finding support for their efforts to develop the methodology for monitoring marine debris along with producing some test cases (indicator 14.1.1 of SDG 14[1]). Considering the amount of plastic already present, the immediate need is to explore downstream solutions for assessing the sources and presence of plastics, as well as to detect plastics in the ocean through a range of observation means (underwater, satellite-borne, in situ, ... sensors). Another aim is to perform quantitative as well as qualitative measurements, and to track the circulation of plastics in the ocean and at the coastal level.

An increasing number of experts and leading societal thinkers see plastic pollution in the ocean and on land as a threat to our future, comparable to climate change, land use changes, and species extinction. Science and technology can quantify the extent of plastic pollution and understand the impact of reducing the stock of plastics in the ocean. The workshop will deliver recommendations through a technology roadmap.

 

  Find more information on the Workshop website (Logistics, Register, Schedule, Program)  

 

 Index of coastal eutrophication and floating plastic debris density
For further details, please contact René Garello – This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

  


 

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Un iceberg de la taille de la Corrèze à la dérive. C’est ce qu’ont observé des scientifiques du Pays de Galles le 12 juillet dernier. Détaché de l’Antarctique, l’imposant bloc de glace voguant désormais en mer de Weddell, commence à se fissurer. Si un tel suivi des icebergs est possible, c’est grâce aux images satellites.

 

Bien qu’elle ne soit pas directement à l’origine de cette observation, la station d’observations bretonne VIGISAT est particulièrement impliquée sur la thématique de surveillance maritime. Elle récolte également des informations utiles à la protection de l’environnement marin et terrestre. René Garello, chercheur à IMT Atlantique, nous présente ses enjeux.

 

Présentez-nous VIGISAT

René Garello : VIGISAT est une station de réception de données satellites (capteurs radars uniquement) opérée par CLS (Collecte Localisation Satellites) [1]. La station bénéficie de l’expertise de la communauté du Groupement d’Intérêt Scientifique Bretagne Télédétection (BreTel) composé de neuf membres académiques et de partenaires du monde socio-économique. Son objectif est de démontrer la pertinence de l’accès facilité aux données pour le développement d’applications sur l’observation de la Terre. Elle est au service de la communauté de recherche (pour les partenaires académiques) et des « utilisateurs finaux » pour ce qui concerne les entreprises.

VIGISAT est aussi un projet dans le cadre du CPER (Contrat de Plan Etat-Région) breton reconduit jusqu’en 2020. Ce concept station/projet a été labellisé en tant que plateforme par l’institut Carnot Télécom & Société numérique fin 2014.

La station Vigisat

 

Quelles données sont récoltées par VIGISAT et comment sont-elles traitées ?

RG : La station VIGISAT reçoit les données des satellites porteurs de radars à synthèse d’ouverture. Ce type de capteur micro-ondes (plus connu sous le nom de SAR – Synthetic Aperture Radar) permet d’obtenir une imagerie de la surface de la Terre à très haute résolution. Les données reçues par la station proviennent ainsi du satellite canadien RadarSAt-2, mais surtout de la nouvelle série de satellites européens : SENTINEL. Ce sont des satellites à défilement héliosynchrone [Ndlr : le satellite passe au-dessus d’un point toujours à la même heure solaire], volant à 800 km d’altitude et qui parcourent la Terre en 100 minutes.

Nous recevons les informations brutes collectées par ces satellites, c’est-à-dire sous la forme de suites de bits non traitées. Elles sont ensuite transmises par fibre optique au centre de traitement également sur site. Les « images radars » sont alors construites à partir des informations brutes et des paramètres connus du radar. Les données finales, bien que sous forme d’images, nécessitent une interprétation experte. En effet, l’onde radar émise est sensible aux propriétés des surfaces observées. Ainsi, la nature du sol (végétation, surface nue, urbain, etc.) envoie une énergie qui lui est caractéristique. De plus, les informations requises dépendent de paramètres intrinsèques à l’appareil de mesure comme la longueur d’onde ou la polarisation.

 

Quelles problématiques scientifiques sont abordées à partir des données de VIGISAT ?

RG : CLS et les chercheurs des membres du GIS BreTel travaillent sur des thématiques diverses et complémentaires. À l’IMT Atlantique ou l’Université de Rennes 1, nous nous concentrons sur des aspects méthodologiques. Par exemple, depuis 20 ans nous avons une expertise sur le traitement statistique des images. Cela permet notamment la classification de régions d’intérêt sur les images terrestres ou des types de surface sur l’océan. Plus récemment, nous sommes confrontés à l’immensité des données acquises. Nous avons alors mis en place des algorithmes de machine learning, data mining etc., pour traiter en profondeur ces bases de données.

D’autres établissements du GIS, tels qu’Ifremer ou l’IUEM [2], travaillent sur la thématique maritime et côtière en collaboration avec nous. Par exemple, des travaux sur la zone des estuaires et des deltas comme le Danube, ont été développés.L’objectif : quantifier l’effet des inondations et leur persistance au cours du temps.

Enfin, les thématiques continentales telles que l’urbanisme, l’occupation des sols, l’agronomie et l’écologie sont les principaux axes portés par l’Université Rennes 2 ou Agrocampus. Dans le cas de l’urbanisme, les observations satellites permettent de retrouver et de cartographier la trame verte urbaine. Cela sert par exemple à estimer le potentiel allergisant des espaces publics. Il faut noter qu’une grande partie de ces travaux qui ont débuté dans le domaine de la recherche, se pérennisent actuellement au travers de start-up [3].

 

Quels projets ont été menés par VIGISAT ?

RG : Depuis 2010, l’accès privilégié aux données a permis à VIGISAT de conforter d’autres projets de recherche. En effet, il créé une dynamique pérenne au sein de la communauté scientifique sur l’aménagement du territoire, la surveillance et l’exploitation contrôlée des territoires. Parmi les projets en cours, nous pouvons citer en exemple : CleanSeaNet sur la détection et la surveillance des pollutions marines. KALIDEOS-Bretagne porte sur l’évolution de l’occupation et de l’utilisation des sols et des paysages sur un gradient ville-campagne. SESAME traite, quant à lui, de la gestion et l’exploitation des données satellitaires pour la surveillance maritime.

 

Qui bénéficie des données analysées par VIGISAT ?

RG : Plusieurs cibles ont été identifiées lors de la préparation de la demande de soutien CPER 2015-2020. Un des objectifs est la création d’activités autour de l’utilisation des données satellite par les entreprises bretonnes. Cela prend en compte le développement de nouveaux services publics basés sur l’imagerie satellitaire afin de favoriser des services avals avec la stratégie de développement de filières régionales.

Un des bénéficiaires des données et du traitement est donc indubitablement le monde socio-économique à forte réactivité (les start-up, les PME/TPE) qui se concentrent sur les applications dont nous avons parlées. A une échelle plus large, les services de protection et de surveillance sont aussi adressés par l’action coordonnée entre les développeurs de service et les facilitateurs tels le GIS auprès des autorités aux niveaux régional, national ou européen. À titre d’exemple, BreTel est membre depuis 2009 du réseau NEREUS (Network of European Regions Using Space technologies). Cela nous permet de nous positionner avec la Région en tant que centre d’expertise dans la surveillance maritime (entre autre sur la détection et le suivi des pollutions pétrolières) et l’analyse des corridors écologiques dans le cadre de la biodiversité.

 

[1] CLS est une filiale du CNES, d’ARDIAN et d’Ifremer. C’est une société internationale, pionnière dans la fourniture de solutions d’observation et de surveillance de la Terre depuis 1986.

[2] Institut Universitaire Européen de la Mer

[3] Quelques exemples de start-up : e-ODYN, Oceandatalab, Hytech Imaging, Kermap, Exwews, Unseenlab.

 

 
 

sur VIGISAT :

 

L’idée de VIGISAT a débuté en 2001 avec à l’origine la start-up BOOST Technologies provenant d’IMT Atlantique (ex Télécom Bretagne). Dès 2005, des propositions ont été faites à divers partenaires dont la Région Bretagne et la Métropole de Brest, pour développer une infrastructure comme VIGISAT sur le site de l’Ecole près de Brest. Suite à l’absorption de BOOST Technologies par CLS en 2008, le projet finit par aboutir avec la création du GIS Bretel en 2009. La même année, il y a aussi le succès du projet VIGISAT présenté au CPER. Depuis, BreTel a élargi sa feuille de route en ajoutant à la partie « Recherche », les axes « Formation », « Innovation » et « Promotion / Dissémination ». Le GIS BreTel se concentre actuellement sur les deux volets « création d’activités » et « nouveaux services publics » qui sont en phase avec la philosophie des plateformes Carnot.

BreTel est également présent au niveau européen. Le GIS et ses membres ont reçu le label « Copernicus Academy ». Grâce à lui ils bénéficient de l’accompagnement des spécialistes du programme Européen Copernicus pour les besoins de formation. Dès la fin de cette année 2017, BreTel et ses partenaires participeront au Business Incubator Centers de l’ESA (ESA-BIC) qui couvrira cinq régions du Nord de la France (Bretagne, Pays de la Loire, Ile-de-France, Hauts-de-France et Grand-Est) sous le pilotage de la Bretagne.

 
  Le Carnot TSN, un gage d’excellence dans la recherche partenariale depuis 2006.

Labellisé Carnot depuis 2006, l’institut Carnot Télécom & Société numérique constitue le premier institut Carnot « Sciences et technologies de l’information et de la communication » d’ampleur nationale. Avec plus de 2000 chercheurs, il se concentre sur les implications techniques, économiques et sociales de la transition numérique. En 2016, le label était renouvelé pour la deuxième fois consécutive, démontrant ainsi la qualité des innovations produites par les collaborations entre chercheurs et entreprises.

Ses composantes sont Télécom ParisTech, IMT Atlantique, Télécom SudParis, Télécom École de Management, Eurecom, Télécom Physique Strasbourg, Télécom Saint-Étienne, École Polytechnique (laboratoires Lix et CMAP), Strate École de Design et Femto Engineering.

 

Article original publié sur I'MTECH

Vue d'artiste d'Aqua, un satellite de la NASA en orbite autour de la Terre depuis 2002, chargé d'étudier le cycle de l'eau. AIRS/Flickr, CC BY

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Le Centre national d’études spatiales a récemment présenté deux projets de surveillance des émissions de gaz à effet de serre (CO2 et méthane) par capteurs satellitaires. Les satellites, qui devraient être lancés après 2020, viendront donc compléter les mesures effectuées in situ.

À l’échelle mondiale, un tel programme de mesure du changement climatique depuis l’espace n’est pas une première : les satellites européens de la série Sentinel mesurent déjà, depuis le lancement de Sentinel-1A le 3 avril 2014, quantité de paramètres sous l’égide de l’Agence spatiale européenne. Ces satellites sont développés dans le cadre du programme Copernicus (Global Earth Observation System of Systems), mené au niveau mondial.

Depuis Sentinel-1A, ses successeurs 1B, 2A, 2B et 3A ont été lancés avec succès. Tous sont dotés de capteurs aux fonctions différentes : radar imageur – pour des acquisitions dites « tous temps », l’onde radar étant indépendante des conditions nuageuses, de nuit comme de jour – pour les deux premiers ; optique visible-infrarouge permettant un suivi de la température de surface des océans pour les deux suivants. Sentinel-3A comporte, lui, quatre capteurs dédiés à la mesure de la radiométrie, de la température, de l’altimétrie et de la topographie des surfaces (océans et terres).

Ces satellites viennent ainsi en complément de nombreuses missions spatiales déjà existantes aux niveaux européen et mondial. Les données qu’ils enregistrent et transmettent permettent d’accéder à un nombre considérable de paramètres, révélateurs du « pouls » de la planète. Ils concernent en partie l’océan (vagues, vents, courants, température) et montrent l’évolution des grandes masses océaniques. L’océan est le moteur du climat et ses variations, même faibles, sont directement liées aux manifestations atmosphériques dont les conséquences peuvent être parfois dramatiques (ouragans). Pour les surfaces continentales, les paramètres recueillis par les capteurs vont concerner les variations d’humidité et de couvert des sols dont les conséquences peuvent être d’importance (sécheresse, déforestation, biodiversité, etc.).

 

Des millions de données à traiter

Le traitement de ces données recueillies par satellite se fait à plusieurs niveaux : des laboratoires de recherche aux applications plus opérationnelles, sans oublier toute l’activité de mise en forme réalisée par l’Agence spatiale européenne.

La communauté scientifique se concentre de plus en plus sur les « variables essentielles » (physiques, biologiques, chimiques, etc.) qui ont été définies par des groupes travaillant sur le changement climatique (et en particulier le GCOS dans les années 1990). Il s’agit d’une tentative pour définir une mesure ou groupe de mesures (la variable) qui va contribuer de façon critique à la caractérisation du climat.

Il existe, bien sûr, un nombre considérable de variables, suffisamment précises toutefois pour être regroupé en indicateurs permettant d’attester, ou pas, que les objectifs du développement durable définis par l’ONU ont été atteints.

Le drone Boreal AJS 3 est utilisé pour réaliser des mesures à très basse altitude au-dessus de la mer. http ://www.boreal-uas.com/

La mise en évidence de ces « variables essentielles » peut être atteinte après traitement des données, en les croisant avec celles obtenues par une multitude d’autres capteurs, qu’ils soient situés sur terre, sur mer ou dans l'air. Les progrès techniques (à l’image de la haute résolution spatiale et temporelle) permettent de parvenir à des mesures de plus en plus précises.

Le programme Sentinel sert des champs d’application multiples : protection de l’environnement, gestion des zones urbaines, aménagement du territoire au niveau régional et local, agriculture, sylviculture, pêche, santé, transport, développement durable, protection civile ou encore tourisme. Parmi toutes ces préoccupations, le changement climatique figure au centre des attentions.

Pour l’Europe, l’effort consenti est considérable puisqu’il représente pour la période 2014-2020 plus de 4 milliards d'euros d’investissements. Mais le projet a également un potentiel économique très important, tout particulièrement en termes d’innovation et de création d’emplois : des avantages économiques de l’ordre de 30 milliards d’euros sont attendus d’ici 2030.

Comment naviguer dans ces océans de données ?

Les chercheurs, de même que les acteurs du monde socio-économique, sont à la recherche d’observations toujours plus précises et complètes. Mais avec cette couverture d’observation spatiale qui s’intensifie au fil des ans, la masse des données obtenues devient proprement vertigineuse.

Si un smartphone contient une mémoire de plusieurs gigaoctets, l’observation spatiale génère de son côté des pétaoctets de données à stocker ; et l’on devrait même bientôt parler en exaoctets, soit en milliards de milliards d’octets. Il faut donc développer des moyens de naviguer dans ces océans de données, tout en gardant à l’esprit que l’information pertinente n’en représente qu’une fraction : même si les données disponibles le sont en masse, les variables vraiment essentielles ne sont, elles, pas très nombreuses.

Identifier les phénomènes à la surface de la Terre

Les développements les plus récents ont pour objectif, à partir de signaux et d’images représentatifs d’une zone particulière de la Terre, de mettre au point les meilleures méthodes possible d’identification des phénomènes : vagues et courants à la surface des océans, caractérisation des zones boisées, humides, côtières ou inondables, extensions urbaines à la surface des terres, etc. Autant d’informations qui permettront de prévenir les phénomènes extrêmes (ouragans), gérer l’après-catastrophe (tremblement de terre, tsunami) ou veiller au suivi de la biodiversité.

 

La prochaine étape consistera à rendre ces traitements plus automatiques, en développant des algorithmes qui permettront aux ordinateurs de trouver les variables pertinentes dans le plus de bases de données possible. Il faut aussi y ajouter des paramètres intrinsèques et des informations de plus haut niveau : modèles physiques, comportements humains, réseaux sociaux.

Cette approche multidisciplinaire constitue une tendance originale qui devrait permettre de qualifier plus finement la notion de « changement climatique », au-delà de la mesure pour pouvoir apporter des réponses aux premières personnes concernées… c’est-à-dire nous tous !

René Garello, Professeur de traitement du signal et des images, département « Image et traitement de l’information », IMT Atlantique – Institut Mines-Télécom

Article original publié sur The Conversation.

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Apport des séries temporelles d’images de télédétection pour le suivi du couvert végétal en milieu agricole

J. DENIZE, Doctorant – UMR IETR/LETG propos recueillis par T. HOUET, Juillet 2017

Quelle thématique travaillez-vous ?

Le projet de thèse porte sur l’exploitation de nouvelles séries d’images satellites radar et optiques pour la cartographie du couvert végétal en milieu agricole.

Plus précisément, sur le plan thématique, il est focalisé sur l’amélioration de l’identification et de la caractérisation des couverts végétaux qui influent sur les transferts de flux d’eau, l’objectif étant d’étudier certaines pratiques agricoles dans une perspective de développement de l’agro-écologie. Nous avons choisi de focaliser sur des couverts végétaux dont la distribution spatiale est encore mal connue, les prairies, les intercultures et les bandes enherbées.


Sur quel site d'étude travaillez-vous (type de milieu, localisation, historique) ? 

J’étudie le paysage agricole à deux échelles : A l’échelle régionale, mes travaux portent sur l’ensemble de la Bretagne, où l’agriculture occupe une place importante, tant en matière d’utilisation du territoire, que de production agricole ou agroalimentaire ; A l’échelle locale, ils sont concentrés sur le site de Pleine-Fougères qui fait l’objet d’un suivi scientifique sur les interactions entre paysage et environnement depuis de nombreuses années. Labellisé par le CNRS en tant que Zone Atelier « Armorique », référencé dans les réseaux LTER Europe (http://lter-europe.net) et  ILTER (http://www.ilternet.edu), il présente un gradient de paysages diversifiés allant d'un paysage bocager très dense de polyculture élevage, à un paysage beaucoup plus ouvert où les cultures dominent.

Quel objectif cherchez vous à atteindre et avec quelles données?

A l’échelle régionale, il s’agit d’effectuer un suivi intra-annuel des états de surface des sols afin d’identifier les sols nus hivernaux et les couverts prairiaux à une échelle parcellaire. Pour cela, des séries temporelles d’images récentes optiques et radar à haute résolution spatiale Sentinel 1&2 seront utilisées. Sur le site de Pleine-Fougères, l’objectif est d’identifier et de caractériser les intercultures et les bandes enherbées qui ont été semées à partir de l’analyse de séries temporelles d’images satellites optiques et radar à très haute résolution spatiale (RADARSAT-2, TerraSAR-X, ALOS-2, SPOT 6&7, Pléiades).

Images Sentinel-1 (radar, à gauche) et Sentinel-2 (optique, à droite) sur le site de Pleine-Fougères. Nous pouvons observer que la végétation apparaît en vert sur les deux images et les sols nus en bleu sur l’image Sentinel-1 et en beige sur l’image Sentinel-2. Des informations sur la structure interne de la végétation sont visibles sur l’image radar.

Quelles sont les particularités / enjeux de gestion liés à ces sites ?

La présence et la durée d’un couvert végétal sur les sols agricoles influent sur les transferts de flux d’eau de surface et sub-surface. Selon les pratiques de fertilisation passées et actuelles, Les types de couverts hivernaux présents, qu’ils s’agissent de prairies, d’intercultures ou de bandes enherbées, peuvent jouer un rôle sensible dans la limitation, voire la réduction de la dégradation de la qualité de l’eau.

Dans le contexte actuel de développement et de diffusion des concepts et principes de l’agro-écologie, il apparait fondamental de développer des méthodes d'observation et de suivi de l’utilisation des sols et des pratiques agricoles afin de produire des diagnostics environnementaux. Ces derniers sont essentiels à l'évaluation du risque de transfert des intrants vers les cours d’eau.

Quelles données de terrain allez-vous récolter et pour quoi faire ?

Pendant la période d’intercultures, nous effectuons tous les mois sur le site de Pleine-Fougères, des relevés sur la végétation afin d’identifier les types d’intercultures mises en place et leurs stades de croissance. Nous observons aussi la présence des bandes enherbées et l’état des prairies.

En outre, nous réalisons une fois par an des enquêtes auprès des agriculteurs afin de répertorier leurs pratiques agricoles.

En quoi KALIDEOS Bretagne constitue une opportunité pour vos travaux ?

Le programme KALIDEOS Bretagne est un dispositif qui nous facilite l’obtention d’images satellitaires radar et optiques, telles que les données à très haute résolution spatiale Pléiades ou Alos-2.

Le CNES nous livre ces données avec un niveau de prétraitements géométriques et radiométriques avancé, ce qui nous permet de gagner du temps et de nous concentrer sur l’extraction et l’interprétation des informations utiles pour la compréhension du rôle du couvert hivernal sur le transfert de flux. 

 

Article original publié sur Kalideos Bretagne.

©2018 Bretel.

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