InSAR pour la surveillance des déformations du sol : Guide complet et applications

Le radar interférométrique à synthèse d’ouverture (InSAR) est une puissante technique de télédétection utilisée pour mesurer la déformation du sol avec une grande précision sur de vastes zones. En analysant des images radar de la surface terrestre prises à différents moments, l’InSAR peut détecter des changements infimes de l’élévation du terrain – de l’ordre du centimètre voire du millimètre – indiquant une déformation en.wikipedia.org. Ce guide complet explique le fonctionnement de l’InSAR, explore ses différentes techniques, les missions satellites clés qui permettent l’InSAR, ainsi que la grande variété d’applications pour la surveillance de la déformation du sol. Nous comparons aussi l’InSAR à d’autres méthodes de surveillance de la déformation telles que le GNSS et la télédétection optique, discutons de ses avantages et de ses limites, présentons des études de cas réelles, et mettons en avant les tendances futures et les innovations dans la technologie InSAR.

Qu’est-ce que l’InSAR et comment ça fonctionne

L’InSAR est une méthode basée sur le radar permettant de cartographier les changements de surface du sol en exploitant les différences de phase entre deux images radar à synthèse d’ouverture (SAR) ou plus, d’une même zone en.wikipedia.org. Un satellite SAR émet des impulsions radar micro-ondes vers le sol et enregistre les signaux de retour. Chaque pixel d’une image SAR contient des informations d’amplitude (intensité du signal) et de phase. Lorsque deux images SAR d’un même lieu sont acquises à des moments différents, la différence de phase à chaque pixel peut être calculée. Cette différence de phase – après correction des facteurs connus comme la position du satellite et le relief – est utilisée pour créer un interférogramme qui révèle l’ampleur du déplacement du sol entre les deux dates d’acquisition usgs.gov. Les franges colorées d’un interférogramme correspondent à des courbes de niveau de déplacement égal (chaque frange représentant souvent quelques centimètres de mouvement le long de la ligne de visée du satellite). Si le sol s’est rapproché du satellite (soulèvement) ou s’en est éloigné (affaissement), un décalage de phase apparaît et génère des motifs d’interférence distincts usgs.gov usgs.gov. En comptant et en interprétant ces franges, les scientifiques peuvent mesurer la déformation du sol avec une précision du centimètre au millimètre sur de vastes zones.

L’InSAR peut être réalisé à l’aide d’observations repeat-pass (le même satellite revisite la zone plus tard) ou single-pass avec deux antennes simultanées (comme lors de la mission Shuttle Radar Topography Mission pour la création de MNT). En InSAR repeat-pass, les deux images sont prises à plusieurs jours ou semaines d’intervalle. Tout changement de surface entre-temps (comme un mouvement tectonique ou un affaissement) se manifestera par une différence de phase. L’un des défis est que la phase bruite de l’interférogramme inclut non seulement la déformation du sol, mais aussi la topographie, des différences orbitales, des retards atmosphériques et du bruit earthdata.nasa.gov. Pour isoler le signal de déformation, une approche courante est l’InSAR différentiel (D-InSAR) – on utilise un modèle numérique de terrain (MNT) de référence ou une image SAR supplémentaire pour soustraire la phase topographique, ne conservant que les changements de phase dus à la déformation earthdata.nasa.gov. Après ce traitement (incluant la correction de la courbure, la suppression de la topographie, le filtrage du bruit et le dépliage de phase pour convertir la phase relative en déplacement réel), on obtient une carte des déplacements du sol entre les dates des images.

Types de techniques InSAR

L’InSAR a évolué, passant des simples comparaisons entre deux images à des algorithmes multi-images avancés qui améliorent la précision et dépassent les limitations comme le bruit et la décorrélation. Les principales techniques InSAR incluent :

InSAR différentiel (D-InSAR): L’approche classique qui utilise deux images SAR (avant et après un événement) et souvent un MNT pour détecter les changements. En simulant et en supprimant la contribution du relief dans l’interférogramme, le D-InSAR produit un interférogramme différentiel qui met en évidence la déformation de surface entre les dates d’image ltb.itc.utwente.nl. Cette technique est efficace pour la déformation d’un événement unique (par exemple, un séisme ou une éruption volcanique) et a été démontrée de façon célèbre avec le séisme de Landers de 1992 en Californie, où l’InSAR a cartographié le déplacement cosismique du sol pour la première fois en.wikipedia.org. Le D-InSAR est conceptuellement simple et largement utilisé, mais il peut être limité par la décorrélation (perte de cohérence du signal) si la surface du sol change trop ou si la végétation diffère entre les images.
InSAR à diffuseurs persistants (PS-InSAR): Une technique multi-temporelle avancée qui analyse une série de dizaines, voire de centaines d’images SAR pour identifier les « diffuseurs persistants » – points du sol (souvent des structures artificielles ou des affleurements rocheux) qui reflètent de façon constante les signaux radar dans le temps en.wikipedia.org en.wikipedia.org. En se concentrant sur ces points stables, le PS-InSAR permet de mesurer des déplacements très faibles, avec une précision de l’ordre du millimètre sur de longues périodes earthdata.nasa.gov. Développée à la fin des années 1990, cette méthode dépasse de nombreuses limitations de l’InSAR conventionnel en évitant les zones décorrélées. Le PS-InSAR sépare la déformation des retards atmosphériques et du bruit grâce à l’analyse statistique de la série multi-images earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. Elle est particulièrement utile en milieu urbain riche en structures stables, et a été appliquée avec succès à la surveillance de phénomènes lents comme la subsidence, les glissements de terrain et le tassement de structures avec une précision de quelques millimètres par an earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov.
InSAR SBAS (Small Baseline Subset) : Une autre approche multi-temporelle qui utilise un réseau d’interférogrammes générés à partir de multiples images SAR, mais limite les combinaisons à celles ayant de petits intervalles spatiaux et temporels (c’est-à-dire des images prises selon des positions d’orbite similaires et à des dates proches). En ne « couplant » que des images pas trop éloignées, le SBAS réduit la décorrélation et les différences atmosphériques ltb.itc.utwente.nl. La technique fusionne ensuite ces interférogrammes à petite ligne de base afin de générer des séries temporelles de déformation pour chaque pixel cohérent ltb.itc.utwente.nl. Le SBAS est bien adapté à la mesure d’une déformation graduelle et de longue durée sur de larges zones, même dans les régions végétalisées ou avec peu d’urbanisation, car il exploite tous les points cohérents disponibles (et non juste quelques diffuseurs persistants). Le résultat du SBAS est typiquement une carte de la vitesse moyenne de déformation et l’historique du déplacement de chaque pixel sur la période d’observation. En résumé, tandis que le PS-InSAR se concentre sur un ensemble de points très fiables mais clairsemés, le SBAS-InSAR exploite un ensemble distribué en sélectionnant intelligemment les couples d’images et peut saisir l’évolution non linéaire de la déformation mdpi.com researchgate.net.

Ces techniques (et leurs variantes) sont souvent désignées collectivement sous le nom d’InSAR en série temporelle ou InSAR multi-temporel. Elles constituent la « seconde génération » des méthodes InSAR en.wikipedia.org en.wikipedia.org et ont considérablement accru les capacités de l’InSAR, passant de la détection d’événements uniques à la surveillance continue des déformations lentes sur plusieurs années.

Principales missions satellites et technologies en InSAR

Les missions satellitaires radar constituent l’épine dorsale de l’InSAR. Au cours des dernières décennies, de nombreux capteurs SAR spatiaux ont été lancés, fournissant les images radar nécessaires à l’interférométrie. Chaque mission dispose de bandes de fréquences radar, de modes d’imagerie et d’intervalles de revisite particuliers qui influencent ses performances InSAR. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des principales missions SAR couramment utilisées pour la surveillance de la déformation des terres :

Mission Satellite	Agence	Bande Radar	Cycle de répétition	Exploitation	Remarques
ERS-1/ERS-2 (European Remote Sensing)	ESA (Europe)	Bande C (5,6 cm)	35 jours	1991–2000 (ERS-1) ; 1995–2011 (ERS-2)	Premiers satellites à démontrer l’InSAR pour les déformations tectoniques et volcaniques earthdata.nasa.gov. L’intervalle de 35 jours limitait la détection des changements rapides, mais a fourni une base aux techniques InSAR.
Envisat	ESA (Europe)	Bande C	35 jours	2002–2012	A poursuivi l’héritage d’ERS avec une instrumentation améliorée. A fourni des données pour de nombreuses premières études InSAR sur la subsidence et les séismes usgs.gov.
ALOS-1 (Daichi) / ALOS-2	JAXA (Japon)	Bande L (23,6 cm)	46 jours (ALOS-1) ; 14 jours (ALOS-2) earthdata.nasa.gov	2006–2011 (ALOS-1) ; 2014–présent (ALOS-2)	La bande L, à grande longueur d’onde, pénètre mieux la végétation et maintient la cohérence dans les zones forestières earthdata.nasa.gov. La répétition de 14 jours d’ALOS-2 et le capteur PALSAR-2 ont amélioré la surveillance des régions tropicales.
TerraSAR-X / TanDEM-X	DLR (Allemagne)	Bande X (3,1 cm)	11 jours (TerraSAR-X)	2007–présent (TSX) ; 2010–présent (TDX)	SAR bande X haute résolution (jusqu’à ~1 m). TerraSAR-X et son jumeau TanDEM-X volent en formation pour générer des MNT globaux précis. Souvent utilisé pour les études locales détaillées (ex : surveillance urbaine).
COSMO-SkyMed (Constellation)	ASI (Italie)	Bande X	~4 à 16 jours (varie selon la constellation à 4 satellites)	2007–présent (première gén.) ; 2019–présent (deuxième gén.)	Quatre satellites offrant une imagerie fréquente, particulièrement utile en réponse rapide aux événements. La bande X fournit des images très détaillées, mais peut se décorréler plus vite sur la végétation.
Sentinel-1A/B (Copernicus)	ESA (Europe)	Bande C	12 jours par satellite (6 jours combinés) en.wikipedia.org	2014–présent (1A lancé en 2014 ; 1B en 2016 ; 1C lancé en 2024)	La référence pour l’InSAR mondial. Données libres et ouvertes, large fauchée (250 km) et revisite régulière, permettant la cartographie opérationnelle de la déformation à l’échelle mondiale. La revisite combinée à 6-12 jours de Sentinel-1 (avec deux satellites) permet des séries temporelles denses et a rendu possible des programmes de surveillance à l’échelle nationale esa.int.
RADARSAT-2 / RCM (Radarsat Constellation)	ASC (Canada)	Bande C	24 jours (Radarsat-2) ; 4 jours (RCM, 3 satellites)	2007–présent (R-2) ; 2019–présent (RCM)	RCM (Radarsat Constellation Mission) offre une couverture fréquente du Canada et au-delà pour la surveillance opérationnelle (ex : pergélisol, infrastructures).
NISAR (NASA-ISRO SAR)	NASA/ISRO (USA/Inde)	Double bande L & S	12 jours (prévu)	Lancement prévu ~2025	Mission à venir avec capacité double fréquence. Vise à fournir une couverture mondiale tous les 12 jours avec les bandes L et S, améliorant les mesures de déformation en zones urbaines et végétalisées. On s’attend à une augmentation massive du volume de données InSAR pour les applications scientifiques et civiles.

Note technologique : Les différentes bandes radar présentent des compromis. La bande C (longueur d’onde ~5–6 cm, utilisée par ERS, Envisat, Sentinel-1, Radarsat) offre un bon compromis entre résolution et pénétration de la végétation, mais peut souffrir de décorrélation dans les zones très végétalisées ou couvertes de neige. La bande X (~3 cm, TerraSAR-X, COSMO-SkyMed) permet une très haute résolution spatiale, mais se décorrèle plus vite sur la végétation et est souvent utilisée pour la surveillance ciblée de sites. La bande L (~23–24 cm, ALOS, future NISAR-L) a une longueur d’onde plus longue qui pénètre mieux la végétation et le sol, conservant la cohérence sur de longues périodes et à travers la végétation earthdata.nasa.gov. La bande L est idéale pour les déformations en zones forestières ou agricoles, mais propose des images à plus faible résolution native.

L’orbite et la revisite du satellite sont essentielles pour l’InSAR : des cycles de répétition courts permettent des mises à jour plus fréquentes des déformations et réduisent le risque de changements entre deux passages (ce qui aide la cohérence). Par exemple, la constellation Copernicus Sentinel-1 (avec deux satellites en orbite et une revisite combinée de 6 jours) fournit un flux constant de données qui a révolutionné notre capacité à surveiller en continu les mouvements du sol esa.int earthscope.org. En revanche, les missions plus anciennes comme ERS ou ALOS-1 avec des cycles de 35–46 jours pouvaient manquer les changements rapides ou subir plus de décorrélation sur de longues périodes. La tendance récente se dirige vers des constellations multi-satellites et des temps de revisite plus courts – certains opérateurs commerciaux (Capella Space, ICEYE, etc.) disposent de flottes de microsatellites bande X capables d’imager certaines zones quotidiennement, voire plusieurs fois par jour, bien que sur des largeurs de fauchée plus réduites.

En résumé, le paysage InSAR actuel est porté par la combinaison de satellites publics (tels que Sentinel-1, ALOS-2) et de missions commerciales, offrant des données multi-bandes à couverture mondiale. Les politiques de données ouvertes de missions comme Sentinel-1 ont particulièrement stimulé les applications InSAR, permettant aux scientifiques et aux agences du monde entier d’accéder à une imagerie radar fréquente pour la surveillance des déformations, gratuitement esa.int.

Principales applications de l’InSAR pour la surveillance des déformations du sol

Un des atouts majeurs de l’InSAR est sa polyvalence pour observer de nombreux types de déformations du sol. Voici les grands domaines d’application où l’InSAR est devenu un outil incontournable, accompagnés d’exemples tirés de cas concrets :

Séismes et mouvements tectoniques

L’InSAR est peut-être surtout connu pour la cartographie des déformations du sol induites par les séismes. En comparant des images SAR acquises avant et après un séisme (InSAR co-sismique), les scientifiques peuvent produire des interférogrammes montrant le motif de déformation associé au tremblement de terre. Ces franges fournissent une mesure directe du déplacement du sol dans la ligne de visée du satellite, révélant généralement de vastes lobes de soulèvement et de subsidence couvrant la faille rompue. L’InSAR permet de mesurer à la fois les composantes horizontales et verticales (projetées dans la visée radar) des déplacements sismiques avec une précision centimétrique, sur toute la région touchée – ce qui est impossible avec des capteurs au sol espacés. La première démonstration majeure a été le séisme de Landers (M7.3) en Californie en 1992, où l’InSAR a révélé le champ de déplacement co-sismique et a suscité un fort intérêt dans la communauté de la géophysique pour cette technologie en.wikipedia.org. Depuis, l’InSAR est utilisé pour pratiquement tous les séismes majeurs dans le monde afin de cartographier les mouvements du sol et déduire la rupture des failles en profondeur.

Par exemple, le séisme d’İzmit en 1999 (M7.6) en Turquie a produit un interférogramme classique avec des franges très resserrées près de la faille – chaque cycle de couleurs complet correspondant à quelques centimètres de mouvement du sol – permettant aux scientifiques d’estimer les détails de la rupture. Plus récemment, les satellites européens Sentinel-1 ont permis la production rapide d’interférogrammes post-sismiques. Après le séisme d’Illapel de septembre 2015 au Chili (M8.3), des scientifiques ont généré une image InSAR en quelques jours, révélant clairement le schéma de soulèvement côtier et de subsidence intérieure provoqués par le séisme earthdata.nasa.gov. Dans cet interférogramme, une frange (un cycle complet de couleurs) représentait environ 8,5 cm de mouvement du sol le long de la ligne de visée du radar earthdata.nasa.gov. De telles cartes sont inestimables pour comprendre quelles zones ont connu le plus de déplacement, et modéliser la distribution du glissement sur le plan de faille. L’InSAR est aussi utilisé pour surveiller l’accumulation de déformation intersismique (la déformation lente du sol le long des failles entre deux séismes) et les déformations post-sismiques (glissement après-coup et relaxation visqueuse après un séisme). Globalement, l’InSAR offre une vue synoptique de la déformation tectonique, complétant la sismologie au sol et les réseaux GNSS en apportant des détails spatiaux continus à travers des zones de faille entières.

Surveillance des volcans

Les volcans subissent une déformation de surface à mesure que le magma se déplace en dessous d’eux, et l’InSAR s’est révélé révolutionnaire pour détecter et suivre ces changements. La déformation volcanique survient souvent sous forme de soulèvement (inflation) lorsque le magma s’accumule dans des chambres ou des dykes, ou d’affaissement (déflation) lorsque le magma s’échappe ou entre en éruption. L’InSAR permet de surveiller à distance ces petites bosses ou creux à la surface d’un volcan, même dans des régions très isolées. De nombreux volcans autrefois considérés comme dormants ont été découverts comme « respirant » (gonflant/dégonflant) de manière épisodique, grâce aux observations radar satellites.

Les premières études InSAR ont efficacement capturé les importantes déformations liées aux éruptions (déformation co-éruptive). Par exemple, dans les années 1990, l’InSAR a été utilisée pour cartographier la déformation du sol autour de volcans dans les Andes et en Alaska associée à des éruptions earthdata.nasa.gov. Avec le temps, la technique a permis d’observer aussi l’inflation pré-éruptive et les tendances inter-éruptives. Un exemple phare fut la surveillance du volcan Okmok en Alaska : des images InSAR ont montré qu’Okmok s’est gonflé de plusieurs centimètres dans les années précédant une éruption, et a continué à gonfler régulièrement après l’éruption de 2008, indiquant une recharge magmatique agupubs.onlinelibrary.wiley.com. Détecter une telle inflation est essentiel pour l’alerte précoce, car cela indique une pressurisation du magma qui pourrait conduire à une éruption si d’autres conditions sont réunies.

L’avantage majeur de l’InSAR est sa capacité à couvrir de larges champs volcaniques, souvent inaccessibles. Par exemple, la constellation COSMO-SkyMed de l’Agence Spatiale Italienne a été utilisée pour surveiller l’inflation de la caldeira des Campi Flegrei en Italie, et Sentinel-1 est couramment utilisé par des observatoires pour surveiller des volcans dans des régions comme les îles Aléoutiennes ou l’Amérique centrale. Dans un cas, des séries temporelles InSAR ont révélé l’affaissement à long terme du sommet de Kilauea et des inflations épisodiques précédant les éruptions à Hawaï. Un projet mondial de l’Agence spatiale européenne appelé TerraFirma (et son successeur, l’initiative Geohazard Supersites) a appliqué la PS-InSAR à des dizaines de volcans, détectant des volcans en déformation qui n’étaient sur aucune liste de surveillance en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Toute déformation ne mène pas à une éruption, mais l’InSAR aide à hiérarchiser la surveillance : un cône volcanique qui se soulève tranquillement de 5 mm/an mérite peut-être une attention particulière. En résumé, l’InSAR est devenu une pierre angulaire de la géodésie volcanique, permettant de détecter les perturbations de volcans partout dans le monde et fournissant des données pour modéliser la profondeur et le volume des chambres magmatiques – crucial pour l’évaluation des risques.

Affaissement du terrain et épuisement des nappes phréatiques

L’affaissement du terrain est l’enfoncement progressif du sol, souvent causé par des activités humaines telles que le pompage de la nappe phréatique, l’extraction de pétrole et de gaz, ou l’exploitation minière. L’InSAR est idéalement adaptée pour mesurer l’étendue spatiale et l’amplitude des cuvettes d’affaissement qui se forment suite à ces processus usgs.gov. Contrairement aux relevés de nivellement ou au GPS, qui ne fournissent des mesures qu’en un nombre limité de points, l’InSAR peut produire des cartes de déformation à haute densité (des milliers de pixels de mesure par km²) couvrant une ville entière ou une vallée agricole usgs.gov. Cela permet d’identifier où a lieu l’affaissement, à quelle vitesse, et même d’inférer ses causes possibles.

Une application bien connue est la cartographie de l’affaissement dans les aquifères surexploités. Par exemple, la vallée de San Joaquin en Californie et d’autres parties de la Central Valley ont connu un important affaissement (de plusieurs à plusieurs dizaines de centimètres par an) dû au pompage d’eau souterraine durant les sécheresses. Les images InSAR de la Californie durant la sécheresse de 2007–2009 ont montré de grandes cuvettes d’affaissement correspondant aux zones de pompage agricole intense usgs.gov. De même, autour de Phoenix (Arizona), l’InSAR a permis de détecter des cycles d’affaissement et de soulèvement liés à l’utilisation saisonnière et à la recharge des nappes phréatiques.

L’un des cas d’affaissement les plus extrêmes est Mexico, ville bâtie sur des couches d’argile compressibles de fond de lac et qui s’enfonce depuis des décennies à cause de l’extraction d’eau souterraine. De récentes séries temporelles InSAR utilisant les données Sentinel-1 ont révélé un affaissement impressionnant allant jusqu’à 40–50 cm par an dans certains quartiers de Mexico nature.com nature.com. Cet enfoncement rapide cause de graves dégâts aux bâtiments et aux infrastructures (y compris le métro de la ville) nature.com. L’InSAR a été déterminante pour quantifier cet affaissement et mettre en avant les zones les plus affectées. Dans une étude, les scientifiques ont croisé interférométrie, nivellement et données d’ingénierie pour évaluer comment l’affaissement différentiel plie et fissure les lignes du métro nature.com nature.com.

La surveillance des affaissements par InSAR ne se limite pas aux problématiques d’eau souterraine ; elle s’applique aussi aux zones d’exploitation minière souterraine ou de creusement de tunnels (où le sol s’effondre ou se tasse), à l’extraction d’hydrocarbures (qui peut provoquer des cuvettes étendues, comme dans certains champs pétroliers), et à la drainage des tourbières ou au dégel du pergélisol dans les régions nordiques. Dans les villes côtières, même un affaissement modéré (quelques mm/an), combiné à la montée du niveau marin, peut aggraver les risques d’inondation – l’InSAR permet de détecter ces affaissements subtils. L’avantage d’InSAR est qu’il offre une vision globale pour repérer les points chauds d’affaissement : par exemple, une analyse PS-InSAR de Jakarta, en Indonésie (qui s’enfonce aussi rapidement), a permis d’identifier des quartiers avec >20 cm/an de subsidence, une information cruciale pour les urbanistes et la gestion des catastrophes.

Glissements de terrain et stabilité des pentes

La détection et la surveillance des glissements de terrain lents est une autre application majeure de l’InSAR. L’InSAR ne permet généralement pas de capturer un glissement de terrain brusque en temps réel (ces événements provoquant souvent une décohérence du signal radar), mais elle excelle en revanche à observer les pentes rampantes et les déformations précurseurs sur des mois ou des années. Des glissements de terrain se déplaçant de quelques centimètres par an passent inaperçus à l’œil nu, mais l’InSAR permet de cartographier ces mouvements sur d’immenses versants. Ceci aide à établir des inventaires de glissements de terrain et des cartes de susceptibilité, ainsi qu’à donner une alerte précoce en cas d’instabilité potentielle des versants.

Par exemple, l’InSAR a été utilisée dans les Alpes et les Appalaches pour détecter des glissements de terrain lents pouvant menacer des routes ou des villes. Dans une étude menée dans la région du réservoir des Trois-Gorges en Chine, la SBAS-InSAR a révélé de nombreux signes d’instabilité le long des berges du réservoir, permettant aux autorités de cibler les secteurs nécessitant une enquête géologique approfondie nature.com mdpi.com. En Italie, la PS-InSAR obtenue à partir de la constellation Sentinel-1 a été intégrée à la cartographie nationale des glissements de terrain, détectant le mouvement de glissements connus comme celui, lent, d’Ancône, ainsi que des versants instables jusque-là inconnus. Le projet européen TerraFirma a montré l’efficacité d’InSAR pour surveiller la stabilité des pentes dans les Pyrénées ou le nord de l’Italie en.wikipedia.org.

L’approche classique consiste à utiliser l’InSAR en série temporelle (PS ou SBAS) pour établir la vitesse de déplacement des versants. Des groupes de points montrant un mouvement régulier vers l’aval (par exemple quelques cm/an) témoignent de la présence d’un glissement rampant. Ces données peuvent alors motiver des investigations de terrain ou l’installation d’instruments in situ avant qu’un petit glissement ne tourne à la catastrophe. Exemple d’application réussie : le glissement lent à La Palma (Canaries) : l’InSAR a détecté une déformation accélérée sur un flanc volcanique, qui a ensuite été surveillée de près afin d’évaluer le risque d’effondrement. Un autre cas – dans les montagnes San Gabriel de Californie – a utilisé l’InSAR pour cartographier les mouvements saisonniers dans des zones propices aux coulées de débris, révélant quelles pentes risquaient de céder après de fortes pluies.

En résumé, l’InSAR apporte une précieuse couche de télédétection pour l’évaluation des risques de glissements de terrain. Elle est particulièrement efficace pour les glissements de terrain lents et persistants, ou pour la cartographie post-événement du déplacement (par exemple, mesurer comment un glissement de terrain a modifié le relief). Cependant, même des glissements de terrain rapides peuvent parfois être étudiés après coup en comparant des images SAR d’avant et d’après l’événement (si la surface n’a pas été totalement bouleversée). De façon générale, la surveillance des glissements de terrain par InSAR, surtout lorsqu’elle est combinée à l’imagerie optique et au SIG, est un domaine en pleine expansion dans la gestion des risques de catastrophes.

Surveillance des infrastructures et des zones urbaines

Parce que les signaux radar se réfléchissent fortement sur les structures artificielles, l’InSAR est naturellement bien adaptée au suivi de la stabilité des bâtiments et des infrastructures en milieu urbain. La méthode InSAR à Réflecteurs Persistants (Persistent Scatterer InSAR) exploite en particulier la profusion de réflecteurs stables dans les villes (comme les bâtiments, les ponts et autres infrastructures) afin de suivre des mouvements verticaux ou horizontaux de l’ordre du millimètre. Cela a permis le développement d’applications en ingénierie civile et en urbanisme – utilisant essentiellement les satellites pour détecter à distance la santé structurelle et la stabilité du sol sous les villes.

Par exemple, des données InSAR Sentinel-1 de 2015–2016 ont révélé une déformation du sol dans le centre-ville de San Francisco, identifiant précisément des zones d’affaissement des bâtiments. Sur l’image ci-dessus, les points verts indiquent un sol stable tandis que les points jaunes, orange et rouges signalent des structures qui s’enfoncent (qui s’éloignent du satellite). Notamment, la tour Millennium Tower apparaît en rouge, confirmant son affaissement pouvant atteindre environ 40 mm par an selon la ligne de visée satellite esa.int (environ 50 mm/an d’affaissement vertical réel, supposant une inclinaison négligeable). Ce cas célèbre de la « tour qui s’enfonce » était d’abord connu grâce à des mesures locales, mais l’InSAR a permis de cartographier l’ensemble du secteur, révélant que l’affaissement de la tour était une exception par rapport aux autres bâtiments esa.int. Ces informations sont cruciales pour les ingénieurs et décideurs : elles ont aidé à confirmer que les problèmes de fondations du bâtiment causaient un mouvement important et qu’une solution devait être engagée. Au-delà de San Francisco, des cartes de déformation urbaine issues de l’InSAR PS ont été produites pour des métropoles comme Los Angeles, Mexico, Shanghai ou Amsterdam, afin d’identifier, par exemple, l’affaissement provoqué par le métro, la consolidation de terres gagnées sur la mer, ou la subsidence liée à l’usage des eaux souterraines.

La surveillance des infrastructures via l’InSAR s’étend également aux infrastructures linéaires et installations critiques. Par exemple, l’interférométrie radar permet de surveiller les chemins de fer et les autoroutes afin de détecter tout signe d’affaissement du sol ou de mouvement lié à des glissements de terrain sur leurs axes. En Norvège, un service national de déformation fondé sur l’InSAR surveille désormais de façon routinière l’évolution des rails et routes esa.int esa.int. L’InSAR a aussi été appliquée aux barrages et réservoirs — vérifiant si la structure ou le sol à proximité se déforme, ce qui pourrait révéler une faiblesse. De même, ponts et tunnels en zone urbaine (comme les chantiers de métro) ont été analysés par InSAR afin de vérifier que les travaux ne provoquent pas de déformation involontaire de la surface.

Une autre application importante est la surveillance des infrastructures côtières et portuaires; par exemple, le suivi de l’affaissement des quais ou des digues maritimes. Les pistes d’aéroport et les grands ouvrages tels que stades ou centrales électriques peuvent également être surveillés pour détecter une subsidence ou un soulèvement. En somme, tout site bâti sur un sol compressible ou dans un bassin en affaissement peut bénéficier d’une veille à distance. L’avantage majeur est que l’InSAR peut couvrir l’ensemble de la zone d’intérêt d’un seul coup et fournir régulièrement des mises à jour (pour Sentinel-1, tous les quelques jours à semaines) sur l’état de la déformation, sans nécessiter de capteurs physiques sur les structures.

En résumé, l’InSAR est devenue un outil précieux dans la boîte à outils du gestionnaire d’infrastructure, fournissant des données de déformation précises à grande échelle. De nombreuses entreprises proposent désormais des services de surveillance InSAR aux collectivités et sociétés (par exemple, suivre l’affaissement d’un ensemble de réservoirs pétroliers, ou d’une ligne à grande vitesse). Cela constitue un complément économique aux inspections sur site, permettant souvent de détecter à un stade précoce des mouvements qui ne seraient visibles qu’une fois les dégâts apparents.

Comparaison avec d’autres techniques de suivi de la déformation

L’InSAR est une technique puissante, mais comment se compare-t-elle avec des méthodes comme la géodésie GNSS (GPS) ou la télédétection optique ? Voici un aperçu des différences, complémentarités et compromis :

InSAR vs. GNSS : Les GNSS (Systèmes Globaux de Navigation par Satellite, typiquement GPS) fournissent des mesures précises de déformation dans les trois dimensions (nord, est, vertical) à des points précis au sol. Une station GNSS peut enregistrer des mouvements en continu (généralement journaliers, voire plus fréquents), ce qui est excellent pour capter l’évolution temporelle de la déformation à cet endroit. La précision du GNSS peut atteindre le millimètre en horizontal et vertical, sans être affectée par la couverture nuageuse ou la nuit. Cependant, les réseaux GNSS sont clairsemés : chaque station ne mesure que son propre point, donc déployer une couverture dense est onéreux et laborieux. L’InSAR, à l’inverse, offre une couverture spatiale continue de la déformation sur de grandes surfaces (des millions de pixels de mesure), mais elle ne mesure le mouvement que selon la ligne de visée du satellite (une direction combinant composantes verticale et horizontale) researchgate.net. L’InSAR est également, de façon générale, une mesure épisodique (à chaque passage du satellite), et non vraiment continue dans le temps comme une station GNSS haut débit. Autre différence pratique : l’InSAR est totalement à distance et ne requiert aucun appareil au sol (préférable en zones inaccessibles ou dangereuses), alors que le GNSS suppose l’installation et la maintenance de récepteurs à chaque site. En termes de précision, le GNSS détecte souvent de légères tendances de long terme avec plus de fiabilité, car il n’est pas affecté par les artefacts atmosphériques à grande échelle – il dispose d’un référentiel stable. Les mesures InSAR, surtout à très grande échelle (>100 km), peuvent présenter des biais dus à des délais atmosphériques ou des incertitudes orbitales agupubs.onlinelibrary.wiley.com agupubs.onlinelibrary.wiley.com. Par exemple, une scène InSAR peut montrer une pente très douce qui serait en réalité due à la troposphère, non à une véritable déformation du sol. Les chercheurs combinent donc souvent les deux : en utilisant des données GNSS pour calibrer ou valider les résultats InSAR, ou pour apporter le contexte 3D (par exemple, la séparation du mouvement vertical et horizontal) qu’une unique géométrie de visée InSAR ne peut fournir mdpi.com. Malgré ces différences, les deux techniques sont hautement complémentaires. On peut résumer ainsi : « Le GNSS offre des mesures de grande précision, mais sur un nombre de points limité et avec un effort élevé, alors que l’InSAR fournit un nombre très élevé de points de mesure répartis sur une surface » mdpi.com. Dans la pratique, les études modernes de la déformation intègrent GNSS et InSAR : le GNSS pose le socle global et assure le suivi continu sur certains sites-clés, tandis que l’InSAR fournit les détails spatiaux fins à l’échelle de la région.
InSAR vs. Télédétection optique : L’imagerie optique (photographies aériennes, satellites optiques comme Landsat, SPOT, etc.) est une autre solution pour observer les changements du terrain. Les méthodes classiquement utilisées par comparaison d’images optiques repèrent des changements de surface tels que cicatrices de glissement de terrain, ruptures de faille ou dolines, mais elles ne peuvent mesurer directement des déformations faibles aussi précisément que l’InSAR. Une technique optique pour mesurer un déplacement est le suitement de pixels (« pixel offset tracking »): en corrélant des points caractéristiques entre deux images optiques acquises à différents instants, on peut mesurer des déplacements horizontaux (utilisé par exemple pour cartographier un rejet de faille ou le flux d’un glacier). Mais la précision du suitement optique reste de l’ordre d’une fraction de pixel (en général décimétrique à métrique au sol) – bien moins sensible que la capacité millimétrique–centimétrique de l’InSAR. Les méthodes optiques s’avèrent bien adaptées aux mouvements larges et rapides (comme un décalage sismique de 2 m ou un glacier rapide à 100 m/an), tandis que l’InSAR excelle sur des évolutions lentes et subtiles (quelques cm sur plusieurs mois). Autre limite : les capteurs optiques nécessitent le jour et un ciel clair. L’InSAR radar a l’énorme avantage de fonctionner par tout temps, de jour comme de nuit capellaspace.com. Nuages, fumée ou obscurité n’affectent pas le SAR, tandis que l’optique est stoppée par la couverture nuageuse et dépend de la lumière solaire. Pour la surveillance de long terme, InSAR offre donc plus de données régulières dans les régions nuageuses (par exemple les tropiques) où l’imagerie optique reste souvent aveugle. À l’inverse, l’optique restitue des images en vraies couleurs ou en infrarouge, informations que l’InSAR ne fournit pas – elle est donc mieux adaptée à l’interprétation visuelle, pour retrouver les limites d’un glissement ou identifier un effondrement sur les photos. Des synergies apparaissent : on détectera, par exemple, une évolution soudaine grâce à des satellites optiques haute résolution et l’on surveillera ensuite les déformations continues avec des satellites SAR. On peut aussi, parfois, cartographier les différences d’altitude par photogrammétrie optique ou Lidar (stéréoscopie ou laser avant/après événement). Ces méthodes offrent beaucoup de détails mais ne sont généralement utilisables qu’en instantané et demandent un lourd traitement. L’InSAR reste donc la méthode de routine la plus efficace pour la surveillance de la déformation à large échelle.

En résumé : InSAR vs les autres : L’InSAR brille par sa couverture spatiale et sa précision relative sur une zone, le GNSS excelle en positionnement absolu et suivi continu aux points, et l’optique est pertinente pour les changements soudains de grande ampleur et le contexte visuel (et dans certains cas extrêmes où le radar peut être limité, comme pour des mouvements trop rapides causant de l’aliasing). Le plus souvent, une approche multi-capteurs donne la meilleure compréhension – par exemple, en utilisant le GNSS pour corriger les erreurs longue portée de l’InSAR escholarship.org, ou en croisant données optiques et SAR pour caractériser complètement un glissement de terrain (avec l’optique délimitant la zone affectée et l’InSAR quantifiant la vitesse de déformation).

Avantages et limites de l’InSAR

Comme toute technologie, l’InSAR a ses points forts et ses faiblesses. Les comprendre est essentiel pour appliquer la technique efficacement :

Principaux avantages de l’InSAR :

Couverture de grande superficie et forte densité : L’InSAR peut mesurer la déformation sur de grandes zones (centaines de kilomètres carrés) en une seule image, avec des points de mesure tous les quelques dizaines de mètres. Cela génère des millions de points de données, dépassant largement la résolution spatiale des relevés au sol usgs.gov. C’est idéal pour identifier des foyers de déformation localisée dans une vaste région – par exemple, trouver une petite zone d’affaissement dans une ville entière.
Télédétection (aucun instrument au sol requis) : Parce qu’elle est basée sur satellite, l’InSAR peut surveiller des régions éloignées ou inaccessibles (montagnes, déserts, zones de guerre) sans aucune infrastructure au sol. Cela signifie aussi qu’il n’est pas nécessaire d’accéder physiquement à des sites potentiellement dangereux (volcans, glissements de terrain) pour obtenir des données de déformation.
Haute précision et grande sensibilité : L’InSAR peut détecter des mouvements du sol très subtils – de l’ordre du millimètre au centimètre – sur l’intervalle de répétition du satellite en.wikipedia.org. Il est difficile et coûteux d’obtenir cette précision sur de grandes zones avec un levé traditionnel. Des techniques comme le PS-InSAR améliorent encore la précision à quelques millimètres par an pour des cibles stables earthdata.nasa.gov.
Rentabilité : L’utilisation de données satellitaires existantes (surtout de sources gratuites comme Sentinel-1) est économique comparée au déploiement de réseaux GPS denses ou de campagnes de nivellement fréquentes. L’InSAR nécessite souvent seulement du temps de traitement et de l’expertise – les données sont de plus en plus ouvertes et gratuites. Il a été noté que l’InSAR est « souvent moins cher que d’obtenir des mesures ponctuelles dispersées par des nivellements et relevés GPS laborieux » usgs.gov, en particulier pour la surveillance de routine.
Toute météo, jour/nuit : Les signaux radar sont largement insensibles aux conditions météorologiques (ils traversent les nuages) et ne dépendent pas de la lumière du soleil. Cela signifie que l’InSAR peut collecter des données à travers les nuages, la fumée, et la nuit capellaspace.com. Un avantage majeur sur l’imagerie optique dans les régions à couverture nuageuse fréquente ou pendant la nuit polaire prolongée, et pour une réponse rapide à un événement (un interférogramme peut être produit même si un séisme a lieu la nuit ou pendant une tempête, alors que les caméras optiques doivent attendre une journée claire).
Archives historiques de données : Il existe une longue archive de données SAR (remontant aux années 1990 avec ERS-1). Dans de nombreux cas, on peut observer la déformation passée en traitant des images archivées. Cette analyse rétrospective peut révéler une déformation survenue avant la mise en place de réseaux d’instruments ou passée inaperçue (ex : affaissement lent sur des décennies). Il est ainsi possible de « remonter le temps » pour analyser les changements du sol, tant que des images SAR existent pour ces périodes.
Synergie avec d’autres données : Les résultats de l’InSAR peuvent être intégrés à des modèles et autres données (ex : intégrer une carte de déplacement issue de l’InSAR dans un modèle d’aquifère ou de faille). Cela permet aussi de guider le positionnement ciblé de capteurs au sol – par exemple, si l’InSAR révèle un mouvement inattendu à un endroit, les chercheurs pourraient y installer GPS ou d’autres instruments pour étude approfondie usgs.gov.

Principales limites et défis de l’InSAR :

Décorrélation du signal : L’InSAR dépend du signal radar d’une zone de sol restant cohérent entre deux acquisitions d’images. Des changements à la surface peuvent randomiser la phase, rendant les mesures impossibles dans ces endroits. La croissance de végétation, le labourage, les changements de couverture neigeuse ou la construction peuvent tous causer une décorrélation en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Dans les paysages très végétalisés ou changeant rapidement, de grandes parties de l’interférogramme peuvent apparaître bruitées (décorrélées), sans données utiles. Des intervalles de temps plus longs et de plus grands espacements entre vues augmentent aussi la décorrélation en.wikipedia.org. Des méthodes avancées (PS, SBAS) atténuent cela en se concentrant sur des points stables ou de courts intervalles, mais la décorrélation reste une limite fondamentale – par exemple, l’InSAR peine dans les forêts tropicales denses (d’où l’intérêt des missions en bande L, moins décorrelées dans la végétation).
Mesure en ligne de visée (limite directionnelle) : L’InSAR mesure la déformation uniquement dans la direction de la ligne de visée du satellite (qui a un angle d’incidence, généralement 20–45° par rapport à la verticale). On ne récupère donc pas le vecteur de déplacement 3D complet à partir d’un seul jeu de données InSAR researchgate.net. Les déplacements verticaux et la composante horizontale orientée dans la direction du radar sont mesurés, mais un mouvement perpendiculaire (par exemple, nord-sud pour un satellite en orbite polaire) peut passer inaperçu. Pour caractériser entièrement la déformation, il faut souvent combiner deux géométries d’observation (orbites ascendantes et descendantes) ou coupler InSAR et GNSS. En outre, l’InSAR donne un déplacement relatif entre points – un pixel servant de référence à déplacement nul supposé, tous les autres étant mesurés relativement à lui. Tout mouvement commun à la scène ou les basculements à longue longueur d’onde sont difficiles à détecter sans référence externe.
Retards atmosphériques : Les variations de l’atmosphère entre acquisitions radar peuvent introduire des retards de phase qui imitent une déformation. Par exemple, une poche d’air humide ou une différence de pression peuvent ralentir le signal radar, créant une phase qui n’a rien à voir avec un vrai mouvement du sol en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Ces artefacts atmosphériques peuvent aller de quelques kilomètres à des dizaines de kilomètres, parfois en créant des motifs en “anneau” ou des gradients qui peuvent être interprétés à tort comme de vraies déformations si on ne les corrige pas. Il existe des méthodes pour réduire ces effets (ex : superposition de multiples interférogrammes, modèles météo, données GNSS de vapeur d’eau), mais cela reste une source majeure d’erreur sur les petites déformations. L’InSAR est surtout fiable pour des signaux avec une évolution spatiale ou temporelle claire, se distinguant du bruit atmosphérique aléatoire.
Couverture satellitaire et revisite : Bien que de nombreux satellites soient en opération, il y a encore des limites sur quand et où ils acquièrent des données. Un satellite a une orbite et un calendrier de revisite fixes ; s’il n’est pas programmé pour acquérir une zone, il n’y aura pas d’images (historiquement, cela a généré des lacunes dans certaines régions). Par le passé, des satellites comme ERS ou Envisat ne couvraient pas continuellement partout, entraînant une archive clairsemée à certains endroits en.wikipedia.org. Aujourd’hui, Sentinel-1 offre une couverture systématique, mais les SAR commerciaux à haute résolution sont activés à la demande. Ainsi, la surveillance InSAR d’une zone dépend des acquisitions régulières. Ce n’est pas de la surveillance continue à la demande – on peut obtenir des données tous les 6 à 12 jours (ou un écart plus long en cas de panne ou d’arrêt du satellite). Si un événement survient entre deux passages, on n’observe que l’effet cumulé après coup. Ce n’est pas un problème pour des processus lents, mais pour un effondrement brutal ou un glissement rapide, l’InSAR peut rater l’instant précis (mais capter des précurseurs ou l’après-coup).
Problèmes géométriques (superposition/ombre) : Le SAR est à visée latérale, donc en zone de relief très abrupt (montagnes, falaises) ou de hauts immeubles, on peut avoir superposition (cibles à différentes altitudes dans un pixel) ou ombre radar (pas de données sur les versants opposés au capteur) en.wikipedia.org. Cela signifie que certains endroits (ex : flanc nord de montagne vu en orbite montante) ne peuvent être imagés correctement, créant des lacunes dans la couverture InSAR. L’InSAR aéroporté ou au sol peut parfois combler ces « angles morts », mais l’InSAR satellitaire reste limité par cette géométrie.
Nécessite expertise et traitement : Même si les données foisonnent, produire des résultats InSAR fiables n’est pas trivial. Cela implique un traitement poussé (co-enregistrement, formation de l’interférogramme, dépliement de phase, etc.) et une analyse rigoureuse pour éviter les faux signaux. Les résultats sont sensibles aux paramètres de traitement. Cependant, cela devient plus accessible avec les outils open-source modernes et les plateformes cloud, mais il faut encore une compétence spécialisée pour interpréter correctement un interférogramme (notamment pour distinguer un artefact d’un vrai signal de déformation groundstation.space).
Limite lors de mouvements très rapides ou importants : Si le sol se déplace de plus d’une demi-longueur d’onde radar entre deux images (~2,8 cm en bande C, ~1,5 cm en bande X, ~12 cm en bande L), la phase peut s’enrouler plusieurs fois, rendant le dépliement difficile à interpréter. Des mouvements très rapides peuvent entraîner une décorrélation complète (ex : si un séisme décale le sol d’un mètre, la zone peut perdre sa cohérence). L’InSAR est donc excellent pour des déformations petites à modérées. Les déformations extrêmes (plusieurs mètres) ou très brusques (explosion, formation de cratère) peuvent ne pas être bien captées, hormis le contour de la zone affectée.

En pratique, beaucoup de ces limites peuvent être atténuées par la stratégie : utiliser de courts intervalles de répétition, recourir à des méthodes multi-temporelles, ajouter des données externes pour calibrer, et cibler les zones propices. Malgré ses limitations, les avantages de l’InSAR l’emportent souvent sur les défis, surtout maintenant que les données sont abondantes. Elle fournit une perspective unique à grande échelle qu’aucune autre technique n’offre, et pour de nombreux problèmes de déformation elle est devenue l’outil de référence.

Études de cas réelles

Pour illustrer les concepts ci-dessus, voici une brève sélection d’études de cas réelles où l’InSAR a joué un rôle crucial :

Séisme de Bam en 2003, Iran : L’InSAR a été utilisé pour cartographier la déformation liée au dévastateur séisme de Bam. L’interférogramme a montré environ 25 cm de déplacement de surface le long de la rupture de faille. Ces données ont aidé les scientifiques à déterminer que le séisme s’était produit sur une faille décrochante non cartographiée et ont fourni un aperçu de la distribution du glissement, un élément important pour la réévaluation du risque sismique dans la région.
Séisme de Tōhoku en 2011, Japon : Le satellite PALSAR du Japon (ALOS) a capturé l’importante déformation liée au séisme de Tōhoku (M9.0). Les déplacements selon la ligne de visée ont dépassé un mètre à certains endroits (plusieurs franges), et combinés aux données GPS, ils ont révélé un soulèvement du plancher océanique ayant contribué au tsunami. Cet événement a souligné la valeur de l’InSAR pour cartographier les grands séismes de subduction, en complément du dense réseau GPS du Japon.
Naples (Campi Flegrei), Italie : L’InSAR à réflecteurs persistants, utilisant les données ERS/Envisat puis COSMO-SkyMed, surveille la caldeira des Campi Flegrei, une zone volcanique instable sous une ville densément peuplée. L’InSAR a permis de détecter des périodes de soulèvement (par exemple 2012–2013) de quelques centimètres, alertant les scientifiques et les autorités civiles sur une pression volcanique accrue. Ces mesures, combinées à des capteurs au sol, contribuent à définir le niveau d’alerte (actuellement élevé mais sans éruption) pour la région.
Vallée Centrale, Californie : Des séries temporelles InSAR sur plusieurs années (d’abord Envisat, puis Sentinel-1) ont été utilisées par l’USGS pour cartographier l’affaissement lié à l’exploitation des eaux souterraines dans la Vallée Centrale de Californie. Un constat marquant fut que lors de la sécheresse de 2012–2016, certaines parties de la vallée de San Joaquin se sont enfoncées de plus de 60 cm, endommageant les canaux et les puits. Les cartes InSAR ont montré l’étendue de l’affaissement, guidant ainsi les mesures de gestion de l’eau usgs.gov.
Oslo, Norvège (infrastructures urbaines) : Les campagnes InSAR menées à Oslo ont identifié un affaissement dans le centre-ville bâti sur des terrains remblayés. Une combinaison de PS-InSAR Sentinel-1 et de données radar historiques a mis en évidence que les portions les plus anciennes de la gare centrale (construites sur des remblais plus mous) s’enfonçaient, tandis que les structures plus récentes ancrées sur le substrat rocheux restaient stables esa.int esa.int. Ce cas démontre comment l’InSAR permet de repérer des tassements différentiels en milieu urbain, aidant les ingénieurs des villes à hiérarchiser les renforts de fondation.
Barrage des Trois Gorges, Chine : L’InSAR a été utilisé pour surveiller les pentes autour du gigantesque réservoir des Trois Gorges. Lors de la montée du niveau du réservoir, plusieurs pentes ont montré des mouvements dus à la saturation en eau. Les autorités chinoises ont utilisé l’InSAR (en complément de capteurs au sol) pour détecter précocement ces instabilités de pentes sciencedirect.com nhess.copernicus.org, permettant des évacuations préventives et des mesures de stabilisation sur certaines rives du réservoir. Il s’agit d’un exemple clé de l’apport de l’InSAR dans la surveillance continue de grandes infrastructures.

Chacune de ces études de cas souligne des forces spécifiques de l’InSAR : couverture large (Vallée Centrale), précision (Campi Flegrei), ou capacité à repérer les zones à problème (Oslo, Trois Gorges). Elles impliquent aussi souvent l’intégration de l’InSAR à d’autres données (réseaux GPS au Japon, nivellement en Californie, ou études géologiques en Norvège). À retenir : l’InSAR est passé du stade expérimental dans les années 1990 à celui de source opérationnelle et fiable d’informations sur la déformation dans les années 2020.

Tendances futures et innovations en InSAR

Le domaine de l’InSAR évolue rapidement, avec de nouvelles missions satellitaires et techniques d’analyse de données en perspective qui amélioreront encore les capacités. Voici quelques grandes tendances et innovations à venir :

Nouvelles missions SAR multi-fréquences : Le lancement du NISAR (NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar) vers 2025 sera une étape majeure. NISAR fonctionnera en bande L et S, fournissant un riche jeu de données pour les études de déformation. La bande L à plus grande longueur d’onde (comme sur NISAR et la future mission ESA BIOMASS en bande P) améliorera la surveillance des zones végétalisées à l’échelle mondiale, réduisant les problèmes de décohérence earthdata.nasa.gov. On verra aussi des missions de continuité comme Sentinel-1C/D pour garantir la couverture en bande C. La combinaison des fréquences (X, C, L, S, voire P) via différents satellites pourra permettre des analyses InSAR multi-bandes – par exemple, utiliser la bande L pour confirmer un signal observé en bande C.
Répétitivité accrue et constellations : La tendance est à plus de satellites et des revisites plus rapides. D’ici la fin des années 2020, nous pourrions avoir une imagerie SAR quotidienne de la majeure partie du globe grâce aux constellations de petits satellites SAR d’opérateurs commerciaux (Capella Space, ICEYE, etc.) en plus des systèmes gouvernementaux. Un échantillonnage temporel plus dense augmentera la probabilité de capturer des événements rapides et permettra une surveillance quasi temps réel des déformations. Par exemple, Capella Space mise sur une constellation mixte en orbite pour obtenir différents angles de vue et revisites très fréquentes capellaspace.com capellaspace.com. Des données fréquentes couplées à des traitements automatisés pourraient permettre, sous un ou deux jours après un séisme ou un épisode de déformation volcanique, de fournir rapidement un résultat InSAR aux intervenants.
Services de surveillance opérationnelle : L’InSAR passe d’un outil de recherche à un service opérationnel pour les États. Des services cartographiques de déformation fondés sur l’InSAR émergent à l’échelle nationale et régionale. L’exemple du projet norvégien InSAR Norge propose des cartes nationales de mouvements du sol mises à jour chaque année esa.int esa.int. Le service européen European Ground Motion Service (EGMS) est une autre initiative, fournissant des données PS-InSAR cohérentes pour toute l’Europe grâce à Sentinel-1. On peut s’attendre à ce que d’autres pays adoptent des services similaires (certains le font déjà, comme l’Italie avec son portail national des mouvements du sol). Ces services mettent l’InSAR à la disposition d’utilisateurs non spécialistes grâce à des cartes accessibles de stabilité du terrain. Cette large adoption forcera la communauté à standardiser les méthodes, fiabiliser les résultats et répondre aux besoins utilisateurs (par exemple, bien distinguer les différentes causes des mouvements).
Traitement avancé et algorithmes : Du côté de l’analyse, l’innovation vise à améliorer les résultats InSAR. La correction atmosphérique est un axe – utilisant des données auxiliaires (modèles météo, vapeur d’eau issue du GNSS, voire les données SAR elles-mêmes via les méthodes split-spectrum) pour réduire le bruit atmosphérique earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. Un autre domaine est l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique : ils peuvent contribuer au dépliage de phase (résolution plus robuste des ambiguïtés 2π), à la reconnaissance automatique des motifs de déformation (par exemple, signaler l’apparition d’un nouveau volcan en déformation parmi des centaines de séries), ou à la fusion de sources multiples. Les chercheurs appliquent déjà la détection d’anomalies non supervisée sur de grands jeux de données InSAR pour isoler des signaux d’intérêt (éventuelle activité volcanique, problèmes d’infrastructures) du bruit de fond agupubs.onlinelibrary.wiley.com. De plus, de nouveaux algorithmes comme le DS-InSAR (Distributed Scatterer InSAR) combinent les méthodes PS et SBAS pour exploiter plus de pixels (même partiellement cohérents) dans les séries temporelles, densifiant la couverture des mesures en zones rurales. L’InSAR tridimensionnel (ou tomographie SAR) est un autre axe émergent : en utilisant plusieurs passages à angles différents, ou des satellites coopératifs comme TanDEM-X, on peut séparer des diffuseurs situés à différentes hauteurs dans un même pixel (notamment pour distinguer déplacement du sol et des bâtiments en ville). Bien que très exigeantes en calcul, ces méthodes pourraient se généraliser avec la hausse de la puissance informatique.
Intégration avec d’autres capteurs : Le futur verra probablement une plus grande intégration de l’InSAR avec d’autres capteurs géospatiaux ou géophysiques. Un exemple est la combinaison InSAR et GNSS dans des chaînes automatisées : le GNSS sert à corriger les erreurs longue longueur d’onde en InSAR, tandis que l’InSAR apporte un contexte spatial aux réseaux GNSS papers.ssrn.com. L’intégration avec l’optique est aussi envisagée : par exemple, pour interpréter les signaux InSAR à l’aide d’images optiques (vérifier une cicatrice de glissement où l’InSAR montre un mouvement). En surveillance des aléas, l’InSAR pourrait faire partie d’un système multi-capteurs incluant sismomètres, inclinomètres, lidar, etc., tous réunis sur un tableau de bord pour un observatoire volcanologique, par exemple. L’objectif étant d’aboutir à une surveillance holistique où l’InSAR est une couche d’information parmi d’autres.
L’InSAR polarimétrique et nouveaux usages : L’InSAR polarimétrique (Pol-InSAR), qui combine polarisation radar et interférométrie, est une technique en développement qui pourrait caractériser les mécanismes de diffusion et différencier mouvement du sol et de la végétation earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. Bien que pour l’instant spécialisée, cette approche pourrait améliorer la surveillance en zone végétalisée en filtrant les mouvements de la végétation. D’autres usages émergent : agriculture de précision (surveillance des variations de l’humidité des sols par le suivi d’infimes gonflements/dessèchements détectés par InSAR), cryosphère (cartographie du soulèvement/soulèvement saisonnier du pergélisol). La surveillance de la santé des infrastructures pourrait s’élargir – on pourrait surveiller chaque grand pont ou barrage via du SAR haute résolution à intervalles réguliers, créant ainsi une sorte d’indice sanitaire des structures à distance. L’InSAR est même testé pour les dynamismes glaciaires (et calottes polaires), où il complète les méthodes optiques afin de mesurer flux et migration de la ligne d’échouage (surtout en longueurs d’onde suffisantes pour pénétrer la neige et mesurer le mouvement de la glace).
Traitement informatique et gestion des données : L’explosion des données SAR (avec de nouveaux satellites) pose des défis big data, mais aussi des opportunités. Des plateformes de cloud computing, comme Google Earth Engine ou d’autres, commencent à héberger des données SAR prêtes à l’analyse, permettant de lancer des algorithmes InSAR sans devoir télécharger des téraoctets de donnés brutes. Des pipelines automatiques de traitement InSAR (certains open source, d’autres commerciaux) peuvent aujourd’hui traiter des flux de données quasi en temps réel, fondement des services opérationnels. Cette tendance va s’accentuer, rendant les résultats InSAR plus accessibles au grand public (il suffira de se connecter à un portail web pour voir la carte de déformation de sa commune mise à jour mensuellement).

Regardant vers l’avenir, le futur de l’InSAR s’annonce prometteur. Comme l’a souligné un acteur du secteur, la technologie est “prête à de grands progrès”, grâce à de meilleurs algorithmes, à l’intégration de l’IA et à l’accroissement de la couverture satellitaire, étendant l’InSAR à de nouveaux domaines tels que la recherche environnementale, l’agriculture de précision ou la surveillance des infrastructures capellaspace.com. On peut envisager un futur où la surveillance InSAR sera aussi courante que les satellites météorologiques – enregistrant en routine le “pouls” de la surface terrestre pour mieux anticiper et atténuer les risques naturels et gérer durablement notre environnement bâti. Avec plus d’yeux dans le ciel et des outils plus intelligents au sol, l’InSAR restera l’un des fers de lance de l’observation des mouvements et évolutions de notre planète dynamique, en apportant des données essentielles à la science et à la société.

Références (Sources clés)

Bases du radar à synthèse d’ouverture interférométrique (InSAR) – U.S. Geological Survey usgs.gov usgs.gov
Wikipedia : Radar à synthèse d’ouverture interférométrique – aperçu général, diffuseurs persistants et applications en.wikipedia.org en.wikipedia.org en.wikipedia.org
NASA Earthdata (Z. Lu, 2006/2024) : Interferometric SAR: Building Tomorrow’s Tools Today – explication détaillée de la technique InSAR et de ses avancées earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov
Université de Twente ITC : Explication de la technique InSAR SBAS (Small Baseline Subset) ltb.itc.utwente.nl ltb.itc.utwente.nl
MDPI Remote Sensing (2022) : Intégration InSAR et GNSS pour l’affaissement des sols – comparaison entre InSAR et points GNSS mdpi.com
Capella Space (2025) : Comment InSAR révolutionne l’observation de la Terre – avantages du SAR (tout temps, nuit) et perspectives futures capellaspace.com capellaspace.com
ESA Copernicus Sentinel-1 : Les satellites confirment l’enfoncement de la Millennium Tower de San Francisco – étude de cas sur l’affaissement urbain esa.int esa.int
Scientific Reports (2024) : Étude d’affaissement du métro de Mexico – taux d’affaissement extrêmes ~500 mm/an à Mexico nature.com
Groundstation.Space (2022) : Idées reçues sur l’interprétation des données InSAR – aborde les défis tels que la résolution et la moyenne (groundstation.space).
Étude InSARap de l’ESA : Déformations à San Francisco et Oslo – exemple de faisabilité d’une surveillance à l’échelle nationale esa.int esa.int.