OI² - Un volcan sous haute surveillance

II - Principe de la méthode interférométrique

   L'interférométrie est basée sur l'utilisation d'un couple d'images radar acquises sur une même zone, selon des géométries de prise de vue voisines. La première image acquise est appelée image maîtresse tandis que la seconde est appelée image esclave. L'interférogramme est l'image des différences de phase existant en chaque pixel entre l'image maîtresse et l'image esclave.

   Pour une image donnée, la phase de chaque pixel est liée à la distance du pixel au radar et à la rétrodiffusion propre de la surface du pixel. Si cette rétrodiffusion reste constante entre les dates d'acquisition des deux images (c'est à dire si les propriétés diélectriques de la surface du pixel et la géométrie des cibles élémentaires qui le constituent restent identiques) alors, la différence de phase observée en chaque pixel entre les deux images provient de trois sources différentes :

1. la différence de position de l'antenne radar, relativement à la topographie au moment des deux prises de vue.
2. la variation cohérente de position des cibles élémentaires entre les deux prises de vue (composante déformation).
3. les variations du temps de trajet de l'onde radar induites par les variations des propriétés physiques de l'atmosphère entre les deux prises de vue.

   Si l'on dispose d'une connaissance précise de la géométrie des orbites et de la topographie (MNT) on peut éliminer leurs contributions respectives dans l'interférogramme (source 1). Si, d'autre part, les variations des conditions atmosphériques entre l'acquisition de l'image maîtresse et de l'image esclave sont négligeables (source 3), alors les déphasages observés sur l'interférogramme sont directement le reflet des déformations du terrain survenues entre les deux dates d'acquisition. Ces déphasages s'organisent généralement sur l'interférogramme en variations régulières de teinte appelées franges. Une frange entière correspond à un déphasage de 2π, c'est à dire à un déplacement dans la direction du radar de λ/2 (λ étant la longueur d'onde de l'onde radar 5.6 cm pour ERS ou ASAR, 23.6 cm pour PALSAR).

   Mais la phase n'est connue que modulo 2π. Pour lever cette ambiguïté on peut avoir recours à un traitement de l'interférogramme appelé déroulement de phase.

   La phase déroulée peut être convertie en déplacement, mesuré dans l'axe de visée du satellite, simplement en la multipliant par λ/4π.

   La précision de la mesure dépend de la précision des coordonnées orbitales du satellite. Elle peut aussi être dégradée en cas de variation des propriétés physiques de l'atmosphère, ou bien en cas de modification des propriétés physiques ou géométriques des cibles élémentaires à la surface du sol, entre les deux dates d'acquisition. Une estimation de la précision de la mesure est obtenue en calculant une variance moyenne sur une zone de l'interférogramme supposée stable. Les valeurs de variance classiquement obtenues pour le Piton de la Fournaise sont de l'ordre de 8.8x10^-5 m².

   La résolution spatiale des interférogrammes dépend à la fois de la résolution des données radar et de la résolution du MNT utilisé pour les calculs. Elle est comprise entre quelques dizaines de mètres et quelques mètres (soit une densité de mesure de l'ordre de 1600 à 6400 mesures / km²).

   La résolution temporelle est déterminée par le cycle orbital des satellites radar : 46 jours pour ALOS-PALSAR, 35 jours pour ENVISAT-ASAR, 11 jours pour TSX et potentiellement 4 jours pour CSK, à condition d'utiliser les 4 satellites de la constellation.

Pour en savoir plus sur la méthode :

• Massonnet D., Imaging with synthetic aperture radar - 2008 - EPFL Press (CRC Press); Lausanne - XV-280 p. ISBN : 978-0-8493-823.
• Hanssen R.F., Radar Interferometry, Data Interpretationand Error Analysis - 2001 - Kluwer Academic Publishers; Dordrecht - XV - 308 p. ISBN : 0-7923-6945-9.