Programme des cours 2016-2017
OCEA0087-1  
Satellite oceanography
Durée :
15h Th, 15h Pr
Nombre de crédits :
Master en océanographie, à finalité 3
Master en sciences spatiales, à finalité3
Nom du professeur :
Yves Cornet
Langue(s) de l'unité d'enseignement :
Langue anglaise
Organisation et évaluation :
Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier
Unités d'enseignement prérequises et corequises :
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus de l'unité d'enseignement :
Voir engagements pédagogiques des deux cours constitutifs:
OCEA0059-A-a : Introduction to satellite oceanography, 15h Th, 15h Pr                  
OCEA0059-B-a : Advanced satellite oceanography, 15h Th, 15h Pr<br /><br /> Ce cours s'adresse à un public d'étudiants dont les compétences technico-scientifiques acquises auparavant sont souvent très hétérogènes. Il aura donc pour objectif une remise à niveau sur les notions générales de traitement d'images numériques enregistrées par des capteurs satellitaires. Nous avons volontairement concentré notre formation sur ces aspects car l'océanographie satellitaire est en effet un domaine très vaste couvrant l'observation à l'aide de capteurs opérant dans les domaines du visible, de l'infra-rouge réflectif, de l'infra-rouge thermique et des micro-ondes (radar) considérés comme sondeurs ou imageurs.
Ainsi, le traitement des mesures de sondeurs atmosphériques utilisés pour modéliser le transfert radiatif à travers l'atmosphèreà fait appel à des notions pointues de physique de l'atmosphère et des aérosols. Par ailleurs, la définission d'un modèle de géoïde, référence des mesures de la hauteur des mers fait appel à des notions avancées de géodésie et de traitement de données fournies par des d'altimétrie et orbitographiques  Le traitement des données acquises par les SAR, fournissant une phase et une amplitude fait appel à des notions complexes de traitement du signal. Ces aspect de l'océanographie satellitaires dépassent largement les objectifs du cours.
Dès lors, nous nous sommes limités à l'étude de données produites par les seuls capteurs imageurs opérant dans les gammes de longueur d'ondes du visible et de l'infra-rouge dans un cours introductif. Etant donné que ce cours s'adresse à des océanologues et limnologues, il sera illustré par des exemples portant spécifiquement sur les applications de ces domaines de recherche. Par ailleurs, comme les données acquises sont des données géo-localisée (géographiques - spatiales), nous en profiterons aussi pour expliquer des notions générales relevant de la cartographie numérique et mathématique et de l'analyse spatiale essentielles pour leur analyse.
Que ces images soient utilisées pour observer les terres, les lacs, les mers ou les océans, que les phénomènes étudiés soient des phénomènes physiques, biologiques ou anthropiques, et quelque soient ses dimensions et temps caractéristiques, il est indispensable d'acquérir une maîtrise théorique générale du traitement d'images. Cela fait l'objet de la partie théorique du cours. La plupart de ces notions seront mises en œuvre dans en exploitant des outils logiciels lors des séances de travaux dirigés constituant la partie pratique du cours.
Le plan général du cours est le suivant:
I. Introduction 1. Définition 2. Bref historique 3. Mouvements des satellites 4. Nature du signal 5. Quelques satellites et capteurs
II. Traitements d'images monogéniques 6. Notion d'image numérique 7. Visualisation d'images monogéniques 8. Accentuation de contraste 9. Corrections géométriques 10. Corrections radiométriques 11. Filtrage des images dans le domaine spatial III. Traitements d'images polygéniques 12. Visualisation d'images polygéniques - compositions colorées 13. Indices et opérateurs arithmétiques 14. Transformations polygéniques 15. Classifications d'images IV. Quelques applications (partie informative du cours) 16. Nature de l'information 17. Classification des fonds marins en eau peu profonde 18. Bathymétrie 19. Ocean Colour 20. Sea Surface et Lake Surface Water Temperature 21. Sea Surface Height 22. Etat de surface des mers 23. Détection des fronts 24. Séries temporelles et téléconnexions<br /><br /> Ce cours a caractère pratique est constitué de brèves introductions théoriques suivies d'exercices pratiques sur différentes techniques re ...
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement :
* Comprendre le processus d'acquisition et la nature des informations enregistrées par les capteurs imageurs utilisées en observations des lacs, mers et océans.
* Connaître les principaux types de traitements appliqués à ces images.
* Comprendre l'intérêt et interpréter la signification des traitements appliqués à des fins océanologiques.
* Maîtriser les fonctionnalités d'outils logiciels spécifiques permettant la mise en œuvre de ces traitements.
* Etant donné la diversité du public de ce master, les exigences sur le niveau de maitrise du cours théorique ne sont pas celles que l'on peut attendre d'un concepteur qui développe des solutions originales. L'accent est plutôt mis sur les aspects pratiques. Néanmoins nous attendons un minimum de rigueur scientifique de la part des étudiants et adaptons évidemment nos attentes à la formation antérieure de chacun d'eux.<br /><br /> * Comprendre la nature et la signification océanologique des données enregistrées par les capteurs étudiés et les différents niveaux de traitements.
* Appliquer des protocoles de traitements standards et comprendre leur mode de fonctionnement et leurs limites.
* Comprendre l'intérêt et interpréter la signification océanologique des résultats de traitements.
* Maîtriser les fonctionnalités d'outils logiciels permettant la mise en œuvre de ces traitements.
Savoirs et compétences prérequis :
Le cours exploite des compétences basiques de mathématiques, statistiques, analyse spatiale, cartographie mathématique et numérique et physique. Un intérêt de la part de l'étudiant pour l'outil informatique et la programmation sont aussi intéressantes
Par ailleurs, la tournure d'esprit acquise grâce aux différents cours à caractère scientifique (mathématique, statistiques, physique, analyse spatiale ...) et techniques (méthodes numériques, programmation, cartographie, ...) des formations universitaires et même secondaires antérieures constituent aussi un atout intéressant.
Néanmoins, la diversité de profils scientifiques des étudiants généralement inscrits à ce cours nécessitera certainement une adaptation de l'enseignement et de nombreux rappels dans ces domaines qui seront effectués au tableau noir. Par ailleurs, en début de chaque séance, nous donnerons aux étudiants la possibilité de poser des questions sur la matière abordée à la séance précédente. Il est donc de la responsabilité de l'étudiant d'avoir un comportement de professionnel et de réviser son cours de semaine en semaine pour identifier d'éventuelles incompréhensions.<br /><br /> Le cours exploite les compétences acquises lors du cours d'introduction à l'océanographie satellitaire. Bien entendu tous les prérequis à ce cours sont aussi exigés pour suivre le cours de notions avancées. Un intérêt de la part de l'étudiant pour l'outil informatique et une formation de base ainsi qu'une certaine expérience pratique en programmation sont aussi essentiels. Néanmoins, la diversité de profils scientifiques des étudiants généralement inscrits à ce cours nécessitera certainement une adaptation de l'enseignement.
Par ailleurs, la tournure d'esprit acquise grâce aux différents cours à caractère scientifique (mathématique, statistiques, physique, analyse spatiale ...) et techniques (méthodes numériques, programmation, cartographie, ...) des formations universitaires et même secondaires antérieures constituent aussi un atout intéressant.
L'interprétation océanographique des résultats des méthodes faisant l'objet des exercices reposera sur les connaissances d'hydrodynamique des lacs, mers et océans, des concepts d'océanographie physique et de climatologie ... Si nécessaire, l'étudiant effectuera une recherche de documentation scientifique à ces propos pour réaliser cette interprétation.
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
Le cours théorique est de type ex cathedra. Par ailleurs, nous proposons également aux étudiants un cahier d'exercices. Il s'agit d'exemples numériques illustrant les différentes méthodes expliquées au cours théorique. Ils ont pour but de permettre à l'étudiant de comprendre les concepts du cours théorique que j'ai identifiés, au fil des années, comme étant les plus compliqués. Des solutions-types sont fournies. Ces exercices peuvent être réalisés avec des outils de calcul ou de programmation connus des étudiants (Excel, langages de programmation appris aux cours d'informatique, machines à calculer scientifiques ...).
La pratique est constituée de travaux dirigés réalisés principalement sous Idrisi. Elle illustre quasiment l'ensemble des méthodes expliquées du cours théorique. Les séances de travaux dirigés alternent avec les séances théoriques. Des exercices-types et sets de données comparables à ceux proposés lors des séances de travaux dirigés ainsi que leurs solutions sont proposés aux étudiants pour leur permettre de tester en autonomie leurs aptitudes à utiliser les logiciels avant l'examen.
Les étudiants ont accès gratuitement à la licence Idrisi et d'autres logiciels via le VPN de l'ULg. Pour obtenir l'information sur l'accès à ces logiciels, ils peuvent consulter l'adresse web suivante : http://www.gitan.ulg.ac.be/cms. Ce site fournit aussi le calendrier d'utilisation de la salle de cours informatisée du B5a/4/18 et B5a/2/35). S'ils désirent en profiter pour s'exercer, ils peuvent prendre contact avec le staff de l'Unité de Géomatique.<br /><br /> L'introduction théorique pour chacun des thèmes abordés consistera en un bref cours-conférence de type ex cathedra précédant chaque exercice. Les concepts théoriques et le protocole technique seront expliqués.
La pratique sera réalisée en exploitant différents outils logiciels (SeaDAS, Idrisi, MATLAB et/ou Python). Ils se dérouleront selon les principes de la pédagogie par projet et seront dirigés et contrôlés en permanence par le staff des enseignants de façon à permettre aux étudiants une auto-évaluation continue de leurs compétences par une interaction forte avec ces enseignants. Ces exercices pratiques tenteront aussi de favoriser chez les étudiants une curiosité et la découverte de solutions libres originales.
Par ailleurs, les étudiants ont accès gratuitement à la licence Idrisi et d'autres outils logiciels via le VPN de l'ULg. Pour obtenir l'information sur l'accès à ces logiciels, ils peuvent consulter l'adresse web suivante : http://www.gitan.ulg.ac.be/cms. Ce site fournit aussi le calendrier d'utilisation des salles de cours informatisées (B5a/4/18 et B5a/2/35). S'ils désirent en profiter pour s'exercer ou avancer dans leurs exercices pratiques, ils peuvent prendre contact avec le staff de l'Unité de Géomatique. Les étudiants peuvent aussi exploiter d'autres ressources logiciels libres disponibles sur le web (SeaDAS, R, QGIS, Octave, Python, ...) pour développer par eux-mêmes les aptitudes spécifiques attendues par cette formation. Dans la mesure du possible, nous les inciterons à installer ces ressources sur l'ordinateur personnel.
Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance) :
Il s'agit d'un enseignement présentiel en grande partie, mais l'installation de ressources-logiciels libres sur leur portable et l'utilisation des licences de logiciels disponibles à l'Ulg doivent leur permettre de progresser dans leur apprentissage à leur rythme et en dehors du contexte universitaire. La présence est obligatoire. Les séances ont lieu dans le local B5a/4/18 ou B5a/2/35.<br /><br /> Il s'agit d'un enseignement présentiel en grande partie, mais l'installation de ressources-logiciels libres sur leur portable et l'utilisation des licences de logiciels disponibles à l'Ulg doivent permettre aux étudiants de progresser dans leur apprentissage à leur rythme et en dehors du contexte universitaire. La présence est obligatoire. Les séances ont lieu dans le local B5a/4/18 ou B5a/2/35.
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
MATHER P.M., 1999. Computer Processing of Remotely-Sensed Images. 2e édition. Wiley, Chichester, 292 p.
RUSSELL G. CONGALTON &amp; KASS GREEN, 2008. Assessing the Accuracy of Remotely Sensed Data: Principles and Practices. CRC Pres, Second Edition.
Platform of Earth Observation (BELSO) : http://eo.belspo.be/ (consulté le 14/8/2014)
Landsat 7 handbook : http://landsathandbook.gsfc.nasa.gov/ (consulté le 14/8/2014)
Landsat 8 documentation: http://landsat.usgs.gov/landsat8.php (consulté le 14/8/2014)
Landsat Science : http://landsat.gsfc.nasa.gov/?page_id=11 (consulté le 14/8/2014)
NOAA documentation: http://www.ncdc.noaa.gov/oa/pod-guide/ncdc/docs/intro.htm (consulté le 14/8/2014)<br /><br /> Les étudiants sont bien évidemment encouragés à rassembler une documentation scientifique et technique complémentaire aux informations fournies au cours et disponible par ailleurs (littérature du web, aides de logiciels, forums de discussions, livres de référence disponibles dans les UD ...).
Modalités d'évaluation et critères :
Une auto-évaluation non-certificative permanente est assurée pendant les séances d'exercices par une interaction forte entre étudiants et enseignants. Par ailleurs, les étudiants disposent d'un cahier d'exercices numériques résolus pour auto-évaluer leurs compétences théoriques et d'exercices d'examen pratique types avec solution pour tester de façon non-certificative leurs compétences dans la manipulation du logiciel Idrisi pour solutionner un problème nouveau mais comparable à ceux réalisés lors de travaux dirigés.
L'évaluation certificative consistera en un examen oral portant sur la matière théorique et en la résolution d'un problème comparable à ceux réalisés lors de travaux dirigés. Chaque partie contribue pour 50% de la cote finale.
Cette procédure standard d'évaluation peut néanmoins être modifiée en accord avec les étudiants qui en seront donc tenus au courant.
Les critères d'évaluation sont les suivants : clarté, cohérence, logique, rigueur, précision, exhaustivité, concision, pertinence, transversalité (au sein du cours et entre cours), qualité des interprétations mathématiques (signification mathématique des différents coefficients des équations p. ex.), physiques (dimensions et unités, ordre de grandeur - scaling, p. ex.) et géographiques (interaction spatio-temporelle mono et multivariées et nature - type- et signification des variables p. ex.). Le sens critique vis à vis des données utilisées (qualification, nature, signification, représentativité, normalisation ...) et des choix méthodologiques (justification des choix  des méthodes, des seuils adaptés, ...) sera également pris en considération lors de l'évaluation. Par ailleurs, les réponses seront aussi évaluées sur base de la qualité et l'originalité des illustrations graphiques car l'expression graphique constitue la spécificité du scientifique. Elle permet de démontrer la bonne compréhension du phénomène. Enfin, tout enrichissement d'une réponse par une culture scientifique personnelle riche constituera aussi un facteur d'évaluation de l'excellence.<br /><br /> Une auto-évaluation non-certificative permanente est assurée pendant les séances d'exercices par une interaction forte entre étudiants et enseignants.
L'évaluation certificative consistera en un exposé par l'étudiant basé sur un support de diapositives numériques pendant la session d'examens de janvier. La présentation portera sur les trois thèmes abordés et des questions sur cet exposé seront posées par le staff d'enseignants.
Cette procédure standard d'évaluation peut néanmoins être modifiée en accord avec les étudiants qui en seront donc tenus au courant.
Les critères d'évaluation sont les suivants : clarté, cohérence, logique, rigueur, précision, exhaustivité, concision, pertinence, transversalité (au sein du cours et entre cours), qualité des interprétations mathématiques (signification mathématique des différents coefficients des équations p. ex.), physiques (dimensions et unités, ordre de grandeur - scaling, p. ex.) et géographiques (interaction spatio-temporelle mono et multivariées et nature - type- et signification des variables p. ex.). Le sens critique vis à vis des données utilisées (qualification, nature, signification, représentativité, normalisation ...) et des choix méthodologiques (justification des choix  des méthodes, des seuils adaptés, ...) sera également pris en considération lors de l'évaluation. Par ailleurs, les réponses seront aussi évaluées sur base de la qualité et l'originalité des illustrations graphiques car l'expression graphique constitue la spécificité du scientifique. Elle permet de démontrer la bonne compréhension du phénomène. Enfin, tout enrichissement d'une réponse par une culture scientifique personnelle riche constituera aussi un facteur d'évaluation de l'excellence.
Stage(s) :
Néant<br /><br /> Néant
Remarques organisationnelles :
Le cours se déroulera le lundi matin pendant le 1er quadrimestre. Les parties de séances théoriques alterneront avec les parties de séances de travaux dirigés. La présence aux travaux dirigés est obligatoire.<br /><br /> Le cours devrait idéalement commencer après avoir terminé le cours d'introduction, mais les contingences logistiques du Master MER imposent le déroulement du cours au premier quadrimestre. Pour les étudiants de deuxième année du Master en océanographie, il n'y aura pas de problème particulier, mais pour les étudiants du Master MER, il faudra programmer ce cours en fin de quadrimestre de façon à ce que le cours prérequis d'introduction soit suffisamment avancé. Cette organisation qui n'est cependant pas idéale sera programmée en fonction des plages de disponibilités horaires communes pour les étudiants de seconde année du Master en océanologie, du Master MER, des salles de cours informatisées et du staff d'enseignants.
Contacts :
Yves CORNET, Chargé de Cours
Unité de Géomatique, 17 (B5a), Allée du 6 Août, 4000 Liège
Tél. 04 3665371
Mail : ycornet@ulg.ac.be
Web: http://139.165.44.35/cms/index.php<br /><br /> Yves CORNET, Chargé de Cours, et Nadia PONCELET, assistante.
Unité de Géomatique, 17 (B5a), Allée du 6 Août, 4000 Liège
Tél. 04 3665371-
Mail : ycornet@ulg.ac.be - nadia.poncelet@ulg.ac.be
Web: http://139.165.44.35/cms/index.php