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N°8 mai 2016 : Géographie historique et questions militaires (1):

Imagerie spatiale, géographie et renseignement

André Louchet


Par Andre Louchet (Professeur des Universités en géographie à l'Université Paris-Sorbonne)



Résumé : La spécificité de l'image à finalité de renseignement (IMINT) repose sur des contraintes techniques qui rendent son acquisition, son traitement et son interprétation nettement différents de sa contrepartie à usage cartographique. Les moyens aéroportés et optiques mis en œuvre, souvent très spéciaux et nécessitant des appareillages de haute technologie vont de pair avec les gammes de longueur d'onde électromagnétiques utilisées, parfois semblables, mais très souvent particulièrement originales. Cet article a pour but de familiariser la communauté géographique avec ce type d'acquisition et d'exploitation de données.



Mots-clefs : Renseignement, géographie, imagerie spatiale.



Abstract : The specificity of imagery intelligence (IMINT) is supported by a number of technical limits restricting acquisition, processing and interpretation to very different limits than its civilian or mapping counterparts . Implementation of optical and airborne means needs hi-tech devices and sometimes employ odd hertzian waves. This paper emphasizes the part of new acquisition and processing means , in visible spectrum as well as in Infra-Red or radar ranges.



Keywords : Intelligence, Geography, Geospatial Intelligence.


Un des aspects essentiels de la photointerprétation-télédétection, ou imagerie aérospatiale en général, mais peu examiné dans les ouvrages académiques consacrés à ce thème, est l'imagerie à finalité de renseignement (militaire ou civil),  désignée parfois communément sous le  terme de photographie ou d'image d'espionnage. Une clarification de vocabulaire s'avère indispensable: l'espionnage (ou terme plus large "collecte de données", "reconnaissance", "renseignement" ou "intelligence" en anglais) se pratiquait  traditionnellement selon deux modes:



- le 'HUMINT' (= human intelligence) en jargon d'espionnage , c'est à dire la source humaine du renseignement.



- le 'SIGINT' (= signal intelligence), c'est à dire l'interception des signaux radio ou électroniques, à l'intérieur duquel on peut même distinguer ELINT (Electronic INTelligence) et  COMINT (COMmunication INTelligence).



Or, tandis que le 'HUMint' est par nature sujet à erreur, manipulation, non-fiabilité ou exagération, mensonge, retournement d'espions, intoxication..., et que le 'SIGint' ne capte que des messages codés ou cryptés qu'il est nécessaire de rendre intelligibles, il n'est apparu qu'assez tardivement que le document photographique ne peut qu'exceptionnellement mentir et qu'il n'est nul besoin de décryptage pour le "lire". D'où le succès de cette troisième voie d'acquisition de données , l'IMINT (IMagery INTelligence), qui nous est d'autant plus précieuse qu'elle est par essence géographique. Pas de décryptage donc, mais une véritable interprétation. On ne peut cependant assimiler IMINT d'une part et  imagerie aérospatiale (IAS) à des fins cartographiques d'autre part . L'IMINT ou IAS à des fins de renseignement n'a pas les mêmes objectifs, pas les mêmes contraintes, pas les mêmes exigences.



 



 I. Spécificité de l'imagerie géographique à finalité renseignement 



L'IMINT répond à un certain nombre de spécifications qui la font différer largement de l'IAS classique, ce qui fait que l'acquisition et le traitement des images sont sensiblement distincts de ceux de ses ses partenaires civils. Les cinq obligations essentielles du cahier des charges de l'IMINT portent sur l'échelle, la discrétion, la sécurité, le "filé" de l'image, et l'acquisition "tous temps".



A. L'échelle



Contrairement à l'imagerie aérospatiale traditionnelle destinés à la cartographie où les objets géographiques observés sont de taille respectable (on pourra parler de méga objets ou de méso objets), c'est à dire d'un ordre de grandeur allant de la dizaine de mètres à plusieurs dizaines de kilomètres (voire plus dans le cas d'images météo), nous tombons ici dans le domaine des micro-objets. Certes la frontière est floue et telle image utile au renseignement peut se contenter d'une échelle modeste (identification d'une piste d'atterrissage de 3000 m x 30 m) et même petite (image météorologique) , ou atteindre au contraire de grandes échelles (identification d'un type d'aéronef, lecture de son matricule, repérage d'un véhicule terrestre sous couvert végétal , ou même identification d'un homme isolé, etc...). Mais d'une manière générale, l'échelle sera bien plus grande que pour l'imagerie traditionnelle, d'un ordre de grandeur allant de 1:10 000 à 1:100. Ce qui engendre des contraintes sévères sur les autres spécifications du cahier des charges de la mission, tant du point de vue du matériel optique que du vecteur lui -même.



B. La furtivité ou discrétion



Si la contrainte de furtivité vaut pour le capteur d'images comme pour la cible, nous n'examinerons pour le moment que celle qui est exigée pour le capteur. Il est une contradiction évidente entre la nécessité de la grande échelle et l'obligation de discrétion, la logique voulant une prise de vue rapprochée, cette dernière faisant elle même obstacle à la discrétion. Cette double contrainte pourra être surmontée moyennant soit des compromis , soit au contraire des solutions radicalement hétérodoxes.



C. La sécurité



La sécurité est un corollaire de la discrétion, le survol à basse altitude étant en théorie et par essence plus risqué, sauf dans certains cas limite examinés plus loin. Allier sécurité de la mission et résultats exploitables relève souvent du compromis impossible. Ici encore des solutions ingénieuses permettent d'assurer sécurité et discrétion.



D. Le "filé" de l'image



Le survol rapide de la cible engendre un risque de défilement de l'image, trop vif pour la sensibilité propre du capteur, d'où une dégradation de la qualité de l'image. Ainsi la photographie d'une cible fixe par un capteur circulant à vitesse transsonique à une cinquantaine de mètres d'altitude relative ne peut donner de résultats optiques exploitables dans les conditions habituelles de prise de vue. Des dispositifs très nouveaux ont dû être imaginés pour permettre de telles missions. On retiendra  la camera Omera 40 qui permet de prendre avec succès à 550 kts et à l'altitude de 50 m des objectifs au sol, camera dont la technologie sera détaillée plus loin.



E. L'acquisition "tous temps"



Les conditions météorologiques ou simplement astronomiques (vol de nuit) présentent parfois des difficultés d'acquisition d'image redoutables. D'où la mise en œuvre de techniques photographiques très particulières imaginées successivement pour contrer l'absence de données au cours de périodes de temps parfois fort longues (Par exemple durant la guerre du Viet Nam où le VietCong opérait ses mouvements essentiellement de nuit ou durant les pluies de mousson).



 



II. Les moyens mis en oeuvre 



A. Vol tactique, vol stratégique, vol spatial:



Trois possibilités s'offrent à la reconnaissance photographique selon  l'altitude de vol du capteur d'images.



1- Le vol tactique:



Les vols "tactiques" (vols proches du sol au cours desquels la vitesse et l'altitude sont adaptées au relief et aux obstacles) ont le triple avantage d'être quasi indétectables au radar, d'éviter  le feu de l'ennemi et de permettre une image à grande échelle. Les inconvénients sont cependant notoires, par la portée limitée du champ de l'image (quelques mètres de large), par l'autonomie du vecteur (un vol à basse altitude consomme beaucoup de carburant), par le danger de collision au sol encouru par l'équipage. Ces vols tactiques sont exécutés classiquement à des fins de reconnaissance comme ils le furent par exemple il y a une trentaine d'années au Tchad pour surveiller les installations rebelles et les infiltrations lybiennes: des Jaguar de reconnaissance équipés de chambres photographiques exécutaient des missions transsoniques à une cinquantaine de mètres du sol. De même que des Etendard P (pour "Photographique") de la Marine pour des missions de surveillance à basse altitude.



2- Les vols à moyenne altitude :



Ce type de mission semble a priori le moins approprié en raison de la vulnérabilité de l'avion, à la fois parfaitement repérable à l'avance et susceptible d'être la cible d'une attaque de missiles. Il comporte cependant quelques avantages : la surface couverte est importante et la protection peut être assurée au moins en partie par des CEM (Contre Mesures Electroniques), notamment des brouilleurs de radar. L'évolution récente de la technologie prouve cependant que de grands progrès ont été faits dans cette direction, notamment avec les drones MALE ( Mid Altitude Large Endurance).



3- Vols stratosphériques et vols spatiaux:



Les avantages des missions stratosphériques sont évidents: difficulté extrême d'interception pour un avion volant à l'altitude de croisière aux alentours de 100 000 ft (29000 m), énorme couverture au sol, autonomie de vol extrêmement longue. C'est ainsi que l'on a vu se développer au cours des années cinquante l'avion d'observation probablement le plus mythique de l'histoire, le Lockheed U 2 et son successeur le TR 1 A/B, avion à très grande finesse, subsonique mais volant à une altitude de croisière de 22800 m donc a priori invulnérable et doté d'une autonomie d'environ neuf à dix heures avec une consommation de seulement cinquante litres aux 100 km. Son rayon d'action atteignant 9655 km, il fut employé pour des "overflights" au dessus de l'URSS jusqu'à la destruction de l'un d'eux le 1er mai 1960 au dessus de Minsk. L'affaire Gary Powers fut un des moments forts de la Guerre Froide.



Si la sécurité apportée par l'altitude peut rester insuffisante de même que celle apportée par la vitesse, la combinaison des deux peut donner d'excellents résultats. C'est ainsi que la solution de remplacement à l'U2 fut le Lockheed SR 71 Blackbird (1964), volant à la même altitude, mais largement supersonique (Mach 3.3) ce qui lui permettait de ne pouvoir être intercepté. Cet avion, opérationnel jusqu'en 1989, effectua d'innombrables missions de reconnaissance à la frontière et au dessus des territoires de pays hostiles durant trois décennies.



Le vol spatial élimine totalement le risque d'interception, et présente comme autres  avantages ceux d'une couverture photographique immense et d'une autonomie illimitée. Mais le plan de l'orbite, non modifiable en cours de vol, et l'échelle réduite des documents obtenus sont des handicaps certains. Les essais du drone spatial Boeing B 37, rentré sur terre le 4 Octobre 2010 après sept mois passés en orbite semblent prometteurs pour une IMINT automatisée.



B. Les moyens optiques



1- Le rôle mineur de la géométrie de l'image et la préférence du noir et blanc:



Il est un aspect très spécifique du matériel optique destiné à la reconnaissance aérienne ou spatiale qui le distingue de sa contrepartie civile, destinée à la cartographie (Lillesand & Kiefer, 1994, pp 100,113). Alors qu'elle est essentielle pour la cartographie, l'exigence d'une géométrie parfaite des images devient très secondaire dans le cas de la reconnaissance . L'essentiel à obtenir étant la meilleure définition possible , les appareils ont des objectifs corrigeant les aberrations chromatiques, munis de filtres jaunes , afin que la lumière bleue qui a la particularité de ne pas focaliser sur le même plan que les autres couleurs ne dégrade pas la qualité de l'image. Ce qui explique que la plupart des films IMINT soient des films noir et blanc.



2- L'importance respective de l'échelle et de la définition:



Si de l'échelle d'un cliché donné dépend directement la quantité de détails observables, il ne faut pas en conclure une quelconque différence de définition: en effet un agrandissement d'image ne donnera aucune amélioration de "définition". Et inversement, à échelle égale, deux clichés peuvent avoir deux résolutions ou deux définitions très différentes. Il est utile de préciser ici les notions de "définition" d'image et de "résolution" .



A strictement parler, la "définition" d'une image signifie le nombre de points élémentaires qui la compose, soit le nombre de pixels (im.numérique) ou de grains (im.analogique). La "résolution" d'une image est définie par le nombre de pixels  par unité de longueur de la structure à numériser (en ppp = "point par pouce"ou dpi="dots per inch"). Mais à vrai dire, le terme de "résolution" est assez difficile à définir:



- en théorie la résolution que l'on appelera "statique" dépend d'un très grand nombre de facteurs, dont  la qualité de l'optique, les conditions atmosphériques (y compris la turbulence), les conditions d'éclairage (intensité et angle d'incidence), le contraste de l'image, la compensation des vibrations, le compensateur de "filé" d'images, le soin apporté au développement. Outre ces facteurs "classiques", il en reste un essentiel, la sensibilité du film qui, dans le cas de films argentiques est directement liée à la taille du grain: un film à grain grossier aura une très grande sensibilité, alors qu'un film à grain très fin aura une sensibilité faible. On comprendra que, dans le cadre d'applications dans le renseignement plus encore que dans les applications civiles, on soit amené à trouver un compromis entre sensibilité et résolution.



- en réalité, la résolution dite "dynamique" comprendra non seulement l'étape du test de "reconnaissance" de l'objet photographié, mais aussi celle de "l'identification" de l'objet lui-même.



Ces deux tests ne peuvent être menés à bien que combinés dans ce que l'on appelle la GRD (Ground Resolution Distance) qui peut être exprimée par le rapport :



GRD = dénominateur de l'échelle / résolution d'image.



Ainsi par exemple une photographie à l'échelle de 1:12 000 possédant une résolution dynamique de 65 lignes par mm aura une GRD de :



GRD = 12000 / 65 = 185 mm = 0,185 m



 L'acquisition d'une excellente définition est donc essentielle pour les applications IMINT. Mais contrairement aux utilisations civiles, les caractéristiques optiques des appareils à destination militaire sont classifiées et ne pourront être ici très détaillées. Cependant de simples démonstrations d'optique élémentaire permettent de se rendre compte des définitions maximales d'images. La formule donnant la résolution maximale d'un système optique à ouverture circulaire est donnée par le critère de Rayleigh (qui donne une limite inférieure à la qualité d'une optique):



                                                          sin θ =1,22 λ / D                                                      



où θ est la résolution angulaire, λ la longueur d'onde de la lumière et D le Diamètre de l'objectif.  



Dans le cas d'images données par des satellites-espions, nous pouvons avoir une idée de la définition théorique maximale: ainsi les satellites espions de la série KeyHole 11 étant très semblables dans leur principe et son aspect extérieur au télescope spatial Hubble qui est équipé d'une optique de 2400 mm de diamètre, peuvent nous donner une approximation de la définition de l'image . En travaillant en lumière verte (λ= 550 microns) longueur d'onde dominante de la lumière solaire, à une altitude de 590 km, et en notant x la résolution spatiale (l'inconnue) et H l'altitude du satellite , on peut écrire soit que :



sin θ =  x/H



ou que :



 sin θ = 1,22 λ / D



donc  x / H = 1.22 λ /D



et donc x = 1,22 x H x λ /D = 1.22 x 590 x 10^3x550x 10^(-9)/2.4 = 0,050325 m; c'est à dire une résolution de 5 centimètres.



3- Des chambres photographiques spéciales:



Des dispositifs optiques très spéciaux sont caractéristiques des appareils à usage d'IMINT:



- Les caméras "à défilement" ou strip cameras - enregistrent les images par le biais du défilement continu du film derrière une fente située sur le plan focal au fur et à mesure de l'avancée de l'avion. L'obturateur reste en conséquence ouvert en permanence et le flouté de l'image est éliminé par la vitesse de défilement qui est exactement proportionnelle à la vitesse de l'avion . Le diaphragme est représenté par la largeur (variable) de la fente. Ces cameras à défilement ont été mises au point pour la reconnaissance militaire à basse altitude et à grande vitesse, ce qui permet d'obtenir des photographies très détaillées. 



- dans les caméras panoramiques  la visée se fait également à travers une fente très étroite ; mais  l'image est impressionnée sur le film, soit au moyen du pivotement de l'objectif, soit par le biais d'un prisme oscillant. Dans le cas du pivotement de l'objectif, le film n'est plus plan, mais sur une surface courbe cylindrique au fond du boitier afin que le plan focal reste toujours à la même distance . La fente d'exposition se déplace avec la rotation de l'objectif tandis que le film reste immobile. Lorsque l'image est prise, le film est avancé pour un nouveau cliché. Dans le cas du prisme, l'objectif reste fixe et le film reste plan. L'exemple le plus typique de camera à prisme rotatif est la camera à barre optique utilisée par la NASA dans les missions de reconnaissance à haute altitude, notamment dans les U2 et les SR 71. Une focale de 610 mm et un angle de visée de 120°  permettent d'opérer à une altitude de 65000 ft (19800m), ce qui permet d'obtenir une très large fauchée au sol, de l'ordre de 70 km de large. La longueur de film embarqué (2000 m) permettait d'assurer des overflights de neuf heures.



De même la camera panoramique Oméra 40 de focale 75 mm , installée sur les Mirage F1 fournit des images à l’aide d’un prisme à miroir qui enregistre deux demi-clichés  (55 x 250 millimètres)  à la cadence de dix images par seconde, constituant une photographie d'horizon à horizon, système principalement utilisé en basse altitude. La capacité du magasin est soit de 110 mètres (400 clichés) soit de 215 mètres (800 clichés).



Dans la photographie panoramique, les distorsions sont très importantes et donc la géométrie de l'image est sacrifiée, ce qui rend son usage impropre à la cartographie mais excellent pour la reconnaissance en raison de la très grande qualité de la définition. Une variante en est l'EnviroPod, double camera panoramique équipée de film 70 mm montée à l'avant de l'avion. L'une d'elles est à visée verticale, tandis que l'autre est orientée vers l'avant ce qui permet l'acquisition d'images d'objets inaccessibles à la vue verticale, comme des munitions ou des véhicules cachés sous un toit ou sous un couvert d'arbres en lisière de forêt. Cette méthode sera également utilisée dans le cadre des imageries IR dites FLIR (cf infra).



4- Avantage et inconvénients des cameras numériques



 L'avantage de l'apparition des appareils numériques semble décisif par rapport à une photographie classique de type film 35 ou 70 mm: acquisition et exploitation possible simultanées à bord; traitement et interprétation immédiatement après le vol; coût très inférieur du support; enregistrement en parallèle d'une bande audio pour des commentaires en temps réel au cours de la mission; enregistrement des données GPS directement sur l'image; et pour le cas des missions spatiales non pilotées, transmission des données très simplifiée (v.§ 2.3). Il ne faut cependant pas en conclure que l'image numérique soit en tous points supérieure à son aînée: une moins bonne résolution reste la règle; de même que des vitesses d'obturation bien plus lentes que pour les appareils argentiques (1/30 à 1/60 s pour les numériques, contre une vitesse d'obturation standard de 1/500 pour les appareils argentiques) ce qui est fatal pour les missions à basses altitude en transsonique ou supersonique ou encore dans des conditions d'éclairement faibles; ajoutons la manipulation des fichiers informatisés, plus encombrants qu'un cliché classique lorsqu'il s'agit d'interpréter une seule image précise.



5- Prise de vue verticale et prise de vue oblique:



L'avantage de la prise de vue oblique - et son inconvénient majeur, la distorsion géométrique- ont été examinés plus haut. Il reste un cas très spécifique d'acquisition d'image où la prise de vues oblique est obligatoire: il s'agit de l'imagerie-radar. Cette question sera examinée dans la troisième partie consacrée aux gammes de fréquence utilisées en imagerie de renseignement.



B. Récupération, exploitation des données :



 La récupération d'images de reconnaissance en vol tactique et en vol stratégique a déja été évoquée plus haut et ne pose aucun problème très particulier. Reste la question de la récupération des données issues d'un vol spatial. La mise en service des premiers satellites espions se fit selon les méthodes éprouvées de la photographie analogique: une camera embarquée prenait des clichés de la zone à surveiller. Ces films impressionnés en orbite étaient alors stockés automatiquement dans une mini-capsule de rentrée qui, éjectée puis freinée par des rétrofusées, pénétrait dans l'atmosphère terrestre, et était récupérée au bout d'un parachute. C'est ainsi qu'entre 1959 et 1984 les Etats Unis lancèrent environ 200 de ces satellites, dérivés de la série des Discoverer, connus sous le nom de code de Corona et Gambit, permettant d'obtenir des clichés de résolution allant de 1.20 m à 0.6 m. Cette méthode donna au début des résultats parfois décevants, soit que le parachute soit manqué par l'avion, soit, phénomène plus grave, que la capsule elle même atterrit chez l'ennemi ou dans une zone très difficile d'accès, auquel cas le temps mis à la récupérer anihilait en général le bénéfice de la rapidité d'action sur le théâtre d'opérations à surveiller. La première mission couronnée de succès fut Discoverer 14 le 19 Juillet 1960 : la capsule de rentrée ("bucket") déploya un parachute et fut récupérée "au vol" par un avion Fairchild JC-119G "Flyingboxcar" muni d'un filet tendu par un trapèze à l'arrière (figure n°1).



De son côté l'URSS employa des méthodes comparables: entre 1961 et 1994, environ 500 satellites Zenith furent mis en orbite, satellites eux mêmes équipés de films argentiques et de capsules de récupération. Le nombre beaucoup plus élevé de ces engins s'explique par leur durée de vie beaucoup plus courte, non en raison d'une altitude orbitale plus basse, mais en raison de la faible fiabilité des équipements de bord. De façon beaucoup plus récente, l'installation de films argentiques à bord de satellites de reconnaissance se généralisa (El Baz, 1983), notamment dans la série des satellites de reconnaissance Big Bird équipés de chambres à haute résolution Perkin-Elmer, et qui éjectaient des capsules de récupération des films; puis dans les engins spatiaux pilotés où la question de la récupération des films était implicite . C'est ainsi que sur les astronefs depuis Gemini jusqu'aux navettes , entre 1965 et 1984, l'emploi de films argentiques fut systématique.



Ces satellites-espions sont placés en général sur des orbites basses (ou plus exactement excentriques mais à périgée calculé pour se trouver au dessus des zones à surveiller, entre 100 et 200 km dans les années 60, 250-300 km de nos jours pour permettre une durée de vie plus longue) , souvent à grande inclinaison orbitale sur l'équateur (pour survoler les pays de haute latitude) et très souvent héliosynchrones (pour bénéficier d'un éclairage constant à chaque révolution). Dans certains cas, notamment en période de crise internationale, l'orbite de ces satellites peut être modifiée passagèrement , pour les "descendre" beaucoup plus bas au dessus de la zone à surveiller, comme lors de la Guerre du Golfe. Ce périgée extrêmement faible ne peut être maintenu longtemps sans mettre en danger la survie du satellite en raison de la traînée atmosphérique et il est urgent de le "remonter" sur une orbite plus élevée. Ces satellites sont donc munis de moteurs-fusée auxiliaires et de réserves de carburant, ce qui les alourdit.



 



III. Les gammes de longueur d'ondes utilisées 



L'image géographique destinée à l'IMINT est également originale par rapport à l'image destinée à la cartographie, cette originalité résidant dans la gamme électromagnétique employée. Avant tout développement il est bon de préciser quelques définitions de base concernant le spectre "optique" et le spectre visible, les deux notions n'étant pas équivalentes. Le "spectre optique" comprend les longueurs d'onde situées entre 0,3 et 14 microns, ce qui englobe les UV, le "visible", et les infra rouges proche, moyen et thermique. La terminologie "optique" s'explique par le fait que les miroirs et les lentilles transparentes peuvent les réfléchir et les réfracter, à la différence des autres longueurs d'onde. (Lillesand & Kiefer, pp 427-428). Le spectre "visible" comprend seulement la fourchette entre 0.4 et 0.7 microns, gamme à laquelle l'oeil humain est sensible.



 Dans l'imagerie cartographique il est fait appel à la gamme "visible", et à la gamme dite "infra-rouge", les autres longueurs d'onde étant peu ou pas utilisées. En réalité la gamme nommée "infra-rouge" est la gamme s'étendant du vert au rouge et à l'infra rouge proche (PIR), en éliminant le bleu, ce qui donne les compositions colorées ou images fausses couleurs, très utiles dans l'analyse du couvert végétal. Toute différente est l'acquisition d'images dans le cadre de l'IMINT: s'il est fait appel très souvent à la gamme visible , la gamme dite "infra rouge"  (= Vert, Rouge, PIR) est rarement utilisée, alors que la gamme de l'infra-rouge thermique (IRT) est essentielle.



A. L'imagerie visible en panchromatique:



Contrairement à ce qui est habituellement pratiqué depuis quelques années en imagerie civile destinée à la cartographie, l'imagerie IMINT reste fidèle aux émulsions noir et blanc panchromatique, afin d'éviter l'aberration chromatique classique sur les émulsions couleur. Un des exemples opérationnels les plus intéressants est la succession d'images de l'unique piste d'atterrissage des Falklands après le bombardement réussi par un bombardier Vulcan 607 de la Royal Air Force en 1982.(White,R.R.,2006 ).



B. L'imagerie "infra rouge"s.s.:



Si l'imagerie infra rouge est communément utilisée en télédétection civile, notamment pour des applications botaniques, elle est également très utilisée en IMINT, mais essentiellement dans une autre gamme de fréquences: il s'agit de la gamme IRT (Infra RougeThermique) dont la gamme peut être grossièrement fixée à la fourchette 3 à 1000 microns. Les handicaps de l'imagerie thermique sont assez bien connus: l'information obtenue y est plus qualitative que quantitative (Campbell, p 210; Lillesand & Kiefer, p 409); et d'autre part la définition de l'image est beaucoup moins bonne que celles obtenues en imagerie MSS. Dès lors comment le renseignement peut-il être intéressé par une imagerie qui ne répond pas aux critères essentiels de précision et de quantification? La réponse est dans la multiplicité des tâches qu'elle peut accomplir. Les conditions atmosphériques et les caractéristiques physiques de la radiation thermique des objets solides font que le cas de figure où la surveillance en imagerie thermique des cibles est particulièrement efficace se situe dans la gamme de températures ambiantes de 300 K (= 27°C) et dans une gamme spectrale aux alentours de 10 microns. Ainsi le canal TM, ou "canal 6" (infra rouge thermique) est compris entre 10,4 et 12,5 microns (Lillesand & Kiefer, p 468).



La raison de cette situation est triple:



- l'atmosphère dans la fourchette 8-14 microns est très transparente ("fenêtre atmosphérique")



- la radiation maximale d'un corps noir (Loi de Planck) pour des objets à la température de 300K se trouve aux environs de 10 microns.



- les conditions optimales pour déterminer la différence radiative des corps noirs par rapport à la différence de température des corps eux mêmes est également aux alentours de 10 microns pour une température de 300K.



L'imagerie infra rouge est une imagerie totalement passive (ce qui est un avantage en matière de discrétion). En utilisant le contraste thermique entre les cibles et leur environnement, contraste indépendant de l'éclairage, elle garantit l'acquisition d'images de véhicules de combat ou la présence humaine en général dans les environnements les plus sombres, sans avoir recours à une imagerie active quelconque qui aurait le double inconvénient de révéler la présence de l'observateur et d'éblouir l'observateur lui-même. De plus le canal infra rouge thermique pénètre brume et brouillard bien mieux que la lumière visible; ce qui explique que les écrans de fumée habituellement destinés à masquer les cibles soient totalement inefficaces, et que l'imagerie IRT puisse être utilisée de nuit comme de jour, pour percer une légère brume comme un brouillard épais. Il s'agit donc d'un complément indispensable à l'imagerie visible classique. La technologie FLIR (Forward Looking Infrared) (Lillesand & Kiefer,p.412) est une variante de l'imagerie verticale, qui permet l'acquisition d'images IR en avant de l'avion porteur, pour des raisons qui sont les mêmes que celles exposées dans l'imagerie EnviroPod (supra § 2.2.3 ) ou SLAR (cf infra, § 3.3.1)



C. L'imagerie radar



1- Caractéristiques spécifiques :



1.1- Acquisition de type "actif":L'imagerie RADAR (Radio Detection And Ranging) est une imagerie spéciale, qui , comme l'imagerie IR se situe dans les ondes non visibles, mais est encore plus originale: en effet l'imagerie RADAR est d'une part non "optique" (les ondes radar- ou "micro ondes"- se situent au delà des infra rouges et avant les ondes radio) et d'autre part de type actif, c'est à dire que le capteur "illumine" lui même l'objet à examiner au lieu de capter seulement les ondes du spectre émises par la cible que ce  soit la lumière solaire (ou astrale), ou le rayonnement IR propre de l'objet. En retour des impulsions brèves émises le capteur reçoit les informations réfléchies sur l'objet illuminé. Le mode d'acquisition et la fréquence utilisés sont donc très différents. Les capteurs sont embarqués, soit dans des avions, soit dans des satellites.



1.2- Acquisition latérale: La technique d'émission et de réception des ondes radar, nommée SLAR (Side Looking Airborne Radar, i.e.radar à acquisition latérale), consiste à émettre des ondes latéralement à la ligne de vol (Jensen,H., L.C. Graham, L.J. Porcello, & E.N.Leith, 1977) (fig.2 a).  Ainsi le SLAR du Lockheed SR71, l'un des avions de reconnaissance radar les plus perfectionnés de son temps, travaillait dans une gamme de longueurs d'onde généralement centimétriques, comprises entre entre 1 mm et 1 m.



1.3- La très grande longueur d'onde  utilisée est  10^6 à 108 fois plus longue que les MSS, les plus fréquentes allant de 0,86 à 3,3 cm (correspondant à des fréquences de 35 à 9,1 GHz) , mais montent parfois à 12 cm (f = 25MHz) ou même à 23 cm dans le cas de Seasat. L'acquisition d'images étant notoirement différente des autres méthodes, il est nécessaire de préciser quelques notions essentielles:



Définitions de base : - ε : Angle de site (ou depression angle)=  angle que forme le segment entre l'antenne radar et la  cible”,  avec la projection de ce segment sur le plan horizontal. L'angle de site est positif lorsqu'il est au-dessus de l'horizon (site 0°), et négatif en dessous (fig.3). - α : angle de visée ( ou look angle) = angle aigu entre l'axe de visée du capteur et  le segment joignant l'avion au nadir. L'angle de visée moyen est l'angle de visée mesuré au centre de l'image , qui est compris entre l'angle de visée proximal et l'angle distal. AIL (Angle d'Incidence Local)= angle formé entre le faisceau radar incident et la verticale de la surface éclairée. Dans le cas d'une mission aérienne, on peut considérer que AIL = α. Dans le cas d'une mission spatiale l'AIL est égal à β, supérieur à α en raison de la sphéricité de la Terre .



1.4- Un rayonnement dirigé: Contrairement aux capteurs travaillant dans le panchromatique ou l'IR, les capteurs radar reçoivent l'"echo" de leur propre émission, réponse à l'"illumination" de la cible. Les caractéristiques de cette dernière influent dès lors fortement sur le signal reçu et l'énergie émise par l'antenne radar ne ricoche pas simplement sur sa cible comme une balle sur un mur (fig 4). En effet, si la paroi illuminée est perpendiculaire au rayonnement, le capteur reçoit un écho énorme, alors que si la paroi est oblique, il ne le reçoit que faiblement. Si la cible est rugueuse, l'onde se disperse (effet Rayleigh), alors que dans le cas d'une surface lisse (réflecteur miroir), on parlera d'effet spéculaire. Dans le cas particulier d'un réflecteur en dièdre (réflecteur "en coin"), il reçoit des echos parasites (Lillesand & Kiefer, p.671). La technique de l'acquisition latérale , la longueur d'onde utilisée et le rayonnement dirigé présentent simultanément avantages et inconvénients dans le cadre de l'acquisition d'informations IMINT.



2- valeur opérationnelle du radar en IMINT :



2.1-  Le manque de discrétion de l'imagerie active: Emettre un signal radar, aussi faible qu'il soit, suppose une interception possible du signal et donc un manque de discrétion qui peut être fatal. Cet inconvénient, pouvant se traduire par une mise en danger du vecteur, peut être contré par un équipement de CEM (Contre mesures electroniques), dispositif dont les caractéristiques débordent largement le cadre de cette étude, mais dont il faudra tenir compte.



2.2-  L'acquisition  latérale : avantages et inconvénients: Le travail en acquisition latérale , technique qui évite l'éblouissement, présente certaines particularités:



                       A - L'avantage de la sécurité opérationnelle: l'acquisition latérale permet la surveillance électromagnétique d'un territoire tout en restant en deçà de ses frontières, avantage évident. Ainsi nombre de vols statégiques du SR 71 se passaient à quelques kilomètres des frontières soviétiques, ce qui permettait, tout en ne violant pas l'espace aérien, d'effectuer des relevés et ces missions portaient le sobriquet d'"écouter aux portes". Ceci à la différence des "overflights", mentionnés plus haut (Powers,G., 1971).



                       B- Le délai entre l'émission et la réception permet de mesurer en instantané la distance de l'avion à l'objet, ce qui n'est jamais le cas d'une image panchro MSS ou IR.



                       C - les inconvénients: ombre, distorsions et erreurs de mesure ou "overlay":



            a- L'ombre : L'ombre radar , c'est à dire la surface de territoire non "illuminée " par le pinceau radar émis, est d'autant plus importante que l'angle de dépression est faible et le relief marqué . Ainsi supposons qu'un avion muni d'un SLAR illumine une série de crêtes parallèles (fig. 2.b) ; les pentes face à l'avion et les pentes opposées (ou "à l'ombre" ) donneront un signal différent (Lillesand & Kiefer, p. 665):



                       - les pentes face à l'antenne et à courte distance montrent un recouvrement spectaculaire, car la pente du terrain est supérieure à l'angle de la ligne perpendiculaire à l'impulsion radar (angle de site négatif)



                       - les crêtes A et B verront leur sommet illuminés avant leur base, ce qui implique un recouvrement. La valeur du recouvrement est d'autant plus grande que l'angle de site est fort, donc que l'objet est proche.



                       - crête D : la base de la crête est illuminée après le sommet: il n'y a pas de recouvrement.



Mais les pentes ne seront pas non plus représentées avec leur taille réelle: l'échelle de la pente est compressée, avec un raccourcissement d'autant plus fort que la pente se rapproche de la perpendiculaire de la direction du site.



                  - crête C: la pente étant exactement perpendiculaire à la direction du site, l'image du front est raccourcie à zéro. Géométriquement AB=BC, mais le SLAR estime que AB < BC. D'où la dissymétrie apparente des pentes symétriques.  déplacement de relief et recouvrement radar  l' "overlay".



          - Les pentes dos à l'antenne, l'ombre radar, l'ombre portée radar:



Crête A : le flanc droit tourne le dos à l'avion, mais étant moins en pente que le site, est illuminée et renvoie un echo faible. Crête B: le flanc droit est parallèle au site et n'est pas illuminé. L'absence d'echo se traduit par du noir sur l'écran. Les crêtes C et D montrent des surfaces non illuminées qui s'étendent au delà de la pente elle même, et déterminent l'"ombre portée " radar. La longueur de l'ombre augmente avec la distance en raison de la diminution progressive du site.



            b- La distorsion d'échelle due à l'acquisition latérale d'images (Slant Range)(fig.5)



A la différence de l'éclairage solaire naturel qui envoie des rayons de photons parallèles, le radar envoie une série d'impulsions intermittentes à partir d'une source émettrice selon un pinceau angulaire . En conséquence une surface, qu'elle soit horizontale ou inclinée, ou la dimension d'un objet, apparaît sur l'écran radar de plus en plus grande au fur et à mesure que la surface ou l'objet sont plus lointains.



            c- Erreurs de mesures : les erreurs proviennent essentiellement de ce que l'on nomme le Radar overlay ou superposition d'image (figure 6).



Lorsque les surfaces topographiques ne sont pas lisses, les irrégularités se traduisent par des "monstruosités" géométriques. Ainsi lorsqu'un objet vertical est illuminé par un faisceau radar, le sommet de l'objet étant atteint avant la base,  l'echo radar du sommet reviendra à l'avion avant l'echo radar de la base . On parlera de "compression" des pentes face au faisceau et d'élongation sur le côté à l'ombre.  De plus les objets verticaux recouvriront les objets plus petits et apparaitront penchés vers le nadir .



2.3- La très grande longueur d'onde : la pénétration tous temps et toute distance. Le radar a une capacité tous temps: opérationnel de jour comme de nuit (phénomène très important pour les satellites qui fonctionnent 50% de leur temps de nuit) et très peu dépendant des conditions atmosphériques car opérationnel à travers les bandes nuageuses, le radar est irremplaçable pour le renseignement en zone tropicale humide. A titre d'exemple historique, la première application en a été la couverture de la province de Darien au Panama en 1967, région très nuageuse qui n'avait jamais pu être examinée correctement par les moyens classiques. Cependant une couverture nuageuse trop dense et de fortes pluies diminuent son efficacité, ce qui explique que l'on augmente en ce cas la longueur d'onde. Contrairement à l'imagerie traditionnelle (MSS ou IR)où la gamme d'ondes electromagnétiques est très large, la longueur d'onde émise - et reçue- est extrêmement cohérente, c'est-à-dire "monochromatique". L'avantage décisif du système est que le rayonnement peut se propager à très grande distance sans modification. A titre d'exemple un faisceau radar dirigé sur la Lune revient sur terre sans altération notable. L'intérêt dans le cadre de l'IMINT est évident. Le seul inconvénient est le scintillement (ou "speckle") qui donne un moucheté de l'image, pouvant toutefois être corrigé.



 



Conclusion



L'originalité de la prise de vue destinée au renseignement est extrême: originalité dans le type d'image recherché, dans le type de vecteur utilisé, dans la longueur d'onde employée. La capacité tous temps, la discrétion d'acquisition et la sécurité du vecteur sont des facteurs essentiels. D'où des solutions techniques lourdes et complexes, mais dont les résultats sont exceptionnellement enrichissants.Est-on en droit d'espérer un progrès dans le domaine de l'acquisition d'images de renseignement ? Si dans la définition  des images, dans l'acquisition de nuit, dans l'acquisition par mauvais temps, dans l'acquisition selon la gamme de longueurs d'onde, les progrès sont encore envisageables, il ne faut pas seulement considérer l'aspect technique de l'opération: la couverture totale de la surface terrestre par des moyens de surveillance optique se heurte à deux obstacles: juridique d'abord, ne serait-ce que par la "frontière" entre l'aéronautique et son corollaire, la violation de l'espace aérien, et le spatial où la liberté de surveillance est totale, cette frontière se situant à 62 miles d'altitude (100 km). Géographique ensuite par les contraintes du vol spatial lui même, cantonné à des orbites difficilement modifiables et non reprogrammables. Une étape décisive serait la conception d'engins circulant très légèrement au dessus des 62 miles, concept difficilement envisageable pour le moment. Ou la généralisation des drones soit du type MALE (Mid Altitude Long Endurance), soit de micro-drones.



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