Défense

Les cas d’usage pour la défense sont divers et variés, s’intéressant notamment aux zones urbaines, avec la capacité de description fine du Modèle Numérique de Surface (MNS), intégrant le sol et le sursol.

• Mobilité: prise en compte du relief pour déterminer le meilleur itinéraire en fonction de la topographie et du type de véhicule. Des données complémentaires sur la nature des sols, les conditions météo peuvent utilement permettre d’aboutir à des produits de traficabilité. 
• Préparation de mission: prise en compte du terrain et du sur-sol pour appréhender les axes d’approche cachés et visibles des forces adverses par observation directe ou avec des équipements de détection
• Analyse d’intervisibilité: implantation d’équipements de communication pour assurer la meilleure couverture possible, implantation d’équipements sensibles (PC, relais…) ou d’armements pour assurer leur discrétion, calculs d’itinéraires avec détermination des passages exposés/protégés
• Analyse de dégâts: par détection de changements 3D
• Simulation et entrainement: permettre le travail de formation sur des environnements réalistes, au plus proche de la réalité du terrain rencontré
• Vol à très basse altitude: pour des aéronefs de tout type, leur permettant une évolution au plus proche du terrain tout en évitant les risques de collision avec le terrain ou des obstacles verticaux
• Navigation autonome de drones

Ils s’appuient sur des développements méthodologiques menés dans le cadre de S3D2:

• Création de maquettes urbaines physiques 3D, permettant de disposer d’une représentation physique d’un paysage urbain en intégrant des propriétés optiques dans le domaine 0.4-2.5µm. Les surfaces horizontales et verticales seront ainsi physiquement caractérisées.
• Génération de modèles numériques pour la navigation à très basse altitude d’aéronefs habités ou non, à haute vélocité, en minimisant le risque de collision avec le sol, ainsi que l’exposition visuelle et radar. 
• Détection d’obstacles pour le vol à très basse altitude, en exploitant la complémentarité des données CO3D avec des acquisitions radar. La fusion des nuages de points générés avec ces deux modalités d’acquisition permettra d’intégrer dans les MNS des objets hauts et fins, tels que pylônes ou éoliennes, présentant un risque fort pour la navigation aérienne. 
• Détection de changements 3D, pour assurer différents types d’usage tels que la sécurité des vols, l’analyse terrain ou la mise à jour des bases de référence.
• Caricatures de scènes urbaines, c’est à dire la modification de la représentation géométrique 3D pour vérifier des conditions a priori comme un plan vertical pour les façades, des polygones planaires pour les pans de toits, surfaces
  molles pour le terrain, et la route, surface horizontale pour les surfaces d’eau. Les représentations générées ont ainsi vocation à être plus fidèles et plus compactes.
• Intervisibilité et simulation, pour analyser l’impact de la qualité des représentations 3D sur le calcul des intervisibilités optiques ou électromagnétiques.

Ces différents volets d’étude des modèles numériques de terrain et de surface générés avec les données CO3D vont alimenter des usages défense, mais peuvent être également utiles à d’autres emplois. 

Sécurité

La gestion des risques naturels ou technologiques est une des applications des MNS/MNT à haute résolution dans le domaine de la sécurité. Avec des emplois qui auront des similitudes fortes avec ceux de la défense lorsqu’il s’agira d’optimiser l’implantation des relais de communication ou les axes de déplacement sur un théâtre d’intervention (feux, inondations…) Cette utilisation en gestion de crise nécessite une anticipation dans la génération des données utiles. Le besoin de réactivité reste assez limité dans ce contexte. 

En appui ou en amont de la gestion de crise, les outils de simulation sont des utilisateurs des données altimétriques fines et détaillées. Pour les feux, ces données permettront d’appliquer des modèles de propagation qui prendront en compte la combinaison des facteurs liés à la topographie du terrain en liaison avec la nature des couverts végétaux, leurs états hydriques et les conditions météo. Pour les inondations, la connaissance de la topographie est essentielle pour modéliser les effets d’un événement pluviométrique sur un bassin versant, tant du point de vue hydrologique qu’hydraulique. 

Agriculture / Forêt

CO3D apporte une résolution spatiale à 50cm sur les canaux multispectraux (rouge, vert, bleu et proche infrarouge) dont nous ne disposons actuellement pas même avec les instruments optiques à très haute résolution spatiale comme Pleiades Néo à 1.2m en multispectral. Si cette résolution spatiale s’accompagne d’une bonne calibration radiométrique et d’un bon ratio signal sur bruit, les applications dans le domaine de l’agriculture et l’agroforesterie pourront bénéficier des apports de CO3D :

• En agriculture de précision, par exemple pour la modulation des intrants phytosanitaires en fonction de la surface foliaire des pieds de vigne
• Détection et la classification des haies, sujet d’importance pour la préservation de la biodiversité

Les modèles numérique de surface (MNS) et de terrain (MNT) pourront également être utiles pour estimer la hauteur des arbres et en dériver une quantité de biomasse, en complémentarité avec la future mission BIOMASSE. 

Aménagement urbain

Les produits CO3D sont particulièrement utiles pour l’aménagement urbain, car ils offrent des perspectives détaillées et interactives pour une planification plus efficace, durable et centrée sur les besoins des habitants. Les applications peuvent être les suivantes (liste non exhaustive) :

• Cartographie urbaine précise ;
• Modélisation 3D pour des projets de planification ou de rénovation ;
• Détection de changement 3D : observation fine de l’ampleur des destructions de bâtiments, détermination des dimensions de nouvelles constructions, etc. ;
• Simulation des vents urbains : dynamique des vents dans les zones urbaines pour prévoir la dispersion des polluants, améliorer la qualité de l’air, et concevoir des villes qui favorisent la ventilation naturelle ;
• Évaluation de la performance énergétique des bâtiments en prenant en compte leur exposition au soleil, leur ventilation et leurs caractéristiques thermiques ;
• Amélioration de la gestion de la pollution de l’air grâce à la simulation de la dispersion des polluants atmosphériques dans l’espace urbain, en fonction de la topographie et de l’urbanisation ;
• Amélioration de la gestion de la pollution sonore grâce à la simulation de la propagation des nuisances sonores dans l’espace urbain ;
• Simulation de la climatologie urbaine (e.g. vent, rayonnement solaire) ;
• Confort thermique urbain : description fine de la morphologie urbaine (caractérisation de l’occupation du sol et organisation de la ville en 3D, type de végétation, simulation de l’ensoleillement et de l’ombrage) pour la réduction des effets des Ilots de Chaleur Urbain (ICU) ;
• Outils de diagnostic/ support/ suivi de l’aménagement et de la renaturation de la ville pour planifier la résilience climatique.

Côtier

L’application la plus évidente est l’estimation de la topographie de la plage et plus généralement la topographie des terres émergées proches des côtes. Cette donnée est cruciale pour comprendre les aléas passés et à venir, qu’il s’agisse de retrait du trait de côte ou de submersion marine. Des produits plus évolués, comme des MNS sémantisés, détaillant l’emplacement des bâtiments et des infrastructures humaines, pourront également être utilisés pour transformer l’aléa en niveau de risque.

Mais ce n’est pas tout, grâce à la capacité de CO3D d’acquérir une séquence d’images sur la même zone ou même de courtes vidéos, la topographie sous-marine, la bathymétrie peut être mesurée. Grâce à une technique appelée inversion cinématique des vagues, nous suivons les vagues qui se propagent vers le rivage. La vitesse de propagation de ces vagues dépend de la profondeur de l’eau. Lorsque l’on passe des eaux profondes aux eaux peu profondes, la vitesse des vagues diminue. Inversement, en mesurant la vitesse des vagues, on peut en déduire la profondeur locale.

Coastal Continuum : Topographie + bathymétrie

Cette technique de suivi de la cinématique des vagues ne dépend que de la vitesse des vagues, et ne nécessite donc pas d’informations sur l’amplitude et/ou la 3D. Cependant, pour les spectres de vagues ou les inversions de profondeur non linéaires, des informations sur l’amplitude de la vague sont nécessaires. En 2025, nous lancerons un post-doc CNES en collaboration avec le BRGM pour étudier les effets de la MTF sur les scènes océaniques et la possibilité d’utiliser ces scènes pour créer un modèle 3D de la surface libre, l’interface entre l’eau et l’air. Dans la mesure du possible, cela permettra de récupérer l’intégralité des courants, les spectres d’énergie des vagues et une estimation plus précise de la bathymétrie. 

Il ne fait aucun doute que ces informations deviendront de plus en plus importantes pour la gestion des crises, les applications civiles et de défense et la compréhension de l’impact du changement climatique sur nos côtes mondiales.

Suivi de catastrophes

Avec la croissance de la disponibilité des données satellitaires 3D, leur utilisation à des fins de détections de changements suite à des catastrophes naturelles ou technologiques progresse. En effet, lorsqu’une catastrophe survient la Charte Internationale Espace et Catastrophes Majeures peut être activée et permet d’obtenir en urgence des images des zones impactées. Actuellement, des annotateurs labélisent à la main les structures endommagées afin de fournir aux autorités ainsi qu’aux secours sur place des cartes localisant et quantifiant les dégâts. Ce type de cartographie d’urgence est qualifié de Rapid mapping (cartographie rapide) et se distingue des activités Risk and recovery mapping (dans le cadre de Copernicus Emergency Management Services ou de la charte) dans lequel le délai pour produire les images est plus long et vise à qualifier plus finement les dégâts et la reconstruction post-catastrophe.

Afin d’assister les annotateurs dans leur tâche, le CNES développe un pipeline de détection de changement automatique combinant une méthode de détection de changement 2D et 3D. La modalité 3D est optionnelle car dépendante de la disponibilité des acquisitions stéréoscopiques avant et après l’événement. La faible disponibilité des images stéréoscopiques à ce jour rend compliqué leur utilisation durant l’urgence de la crise (cas du Rapid mapping) mais les données 3D peuvent être utilisées dans le cadre Risk and recovery mapping pour lequel les acquisitions satellite peuvent être réalisées un peu plus tard et dans de meilleurs conditions. L’arrivée de la constellation CO3D devrait faciliter l’accès aux données 3D pré/post-catastrophe.