1. APPORT DE LA CORRECTION ATMOSPHÉRIQUE DE
L’IMAGERIE SATELLITALE LANDSAT SUR L’IDENTIFICATION
DES ÎLOTS DE CHALEUR URBAINS DE SURFACE DANS LA
RÉGION DE MONTRÉAL (QUÉBEC)
4 octobre 2013
Salle A
Arouna Berthé
UQÀM
Yves Baudouin (UQÀM)
Amadou Idrissa Bokoye (EC)
Philippe Martin (EC)
Philippe Gachon (EC)

2. PLAN DE PRÉSENTATION
1. Objectif de l’étude
2. Définitions
Ø îlot de chaleur urbain
Ø correction atmosphérique
3. Contexte
4. Méthodologie
5. Résultats
6. Conclusion et perspectives

3. 1. Objectif de l’étude
Améliorer l’identification des îlots de chaleur
urbains (ICU) de surface de Montréal en
tenant compte de l’influence des constituants
atmosphériques.
DRAFT – Page 3 – October 12, 2013

4. Définition
Un ICU est une région métropolitaine qui est significativement plus chaude
que ses zones rurales aux alentours.
ICU de la couche limite
= température de l’air
ICU à la canopée urbaine
= température de l’air
ICU de surface
= température des surfaces

5. Définition
Les corrections atmosphériques visent à soustraire du signal mesuré au
capteur, celui induit par les effets de l’atmosphère en termes de
processus d’absorption et de diffusion dus aux gaz comme l’ozone, la vapeur
d’eau et les aérosols.
Particules dans l’air, COV
(composé organique volatile)
smog et vapeur d’eau peuvent
obstruer le signal des surfaces
reçu aux capteurs

6. 2. Contexte
• Changements climatiques, urbanisation galopante, rehaussement des
températures (IPCC, 2007) et augmentation de la pollution, canicule
(été 2010 à Montréal);
• Corrections atmosphériques embryonnaires dans la région de
Montréal;
• Utilisation de l’imagerie satellitale brute, sans correction
atmosphérique;
• Non prise en compte de l’influence des éléments atmosphériques sur
le signal reçu par le capteur et sur la formation des ICU de surface;
• Liens entre ICU et qualité de l’air peu étudiés;
• Nécessité d’améliorer la caractérisation intra-urbaine du champs
thermique, le phénomène des ICU et l’étude du climat urbain;
• ICU est une problématique d’actualité qui intéresse nombres
d’institutions (municipalité, santé publique, sécurité publique,
urbanistes, paysagistes, etc.)

7. 3. Méthodologie
Données
Métadonnées fournies avec les
images «http://glovis.usgs.gov/»
Images satellites
Landsat-5 :
Ø 10 juillet 1984
Ø 29 juin 1994
Ø 27 juin 2005
Ø 5 juillet 2008
Ø 14 juillet 2011
Landsat-7 : 8 juin 2001
Ø Dates d’acquisition
Ø Angle solaire
Ø Luminances maximales
et minimales des
bandes 3;4;6.
Occupation du sol:
Ø 1996
Logiciels
Ø 2001
• REFLECT( Traitement des paramètres atmosphériques)
• PCI (Correction des images Landsat)
• ARGIS (Extraction des moyennes thermiques par taxon)
DRAFT – Page 7 – October 12, 2013

8. Méthode
Conditions atmosphériques (on en tient compte)
DRAFT – Page 8 – October 12, 2013

9. Étape1 : Corrections radiométriques de
canaux optiques et calcul de l’indice de
végétation (NDVI)
Transformation des valeurs numériques
en luminances dans les bandes du rouge
et du proche infrarouge
*
Méthode
LSAT = (VN − VN MIN )
LMAX − LMIN
+ LMIN Wm− 2 sr −1µm−1
VN MAX − VN MIN
[
]
Transformation des luminances en
réflectances au niveau du capteur dans les
bandes rouge et proche infrarouge
psat = π ∗
π ∗ Lsat
Esol ∗ sin EL)
Transformation des réflectances au niveau
du capteur dans les bandes rouge et
proche infrarouge en réflectance au sol
psol
P − Patm
= sat
Tatm
Calcul de l’indice de végétation
NDVI =
PPIR − p ROUGE
p PIR + p ROUGE
Étape2: création d’une image
approximative d’émissivité des matériaux
en vue des calculs de température de
surface
Étape3 : Création d’une image
de température de surface
Segmentation du NDVI
Création d’un masque d’eau en lui attribuant un
seuil de 0.1.
Création d’un masque sans couvert végétal en
fixant un seuil de 0.15 et qui exclue les surfaces
d’eau.
Création d’un masque de couvert végétal partiel
en imposant le double seuil compris entre 0.15
et 0.7
Création d’un masque de couvert végétal
complet incluant les pixels non assignés à
aucune des classes des étapes (1, 2,3).
Transformation des valeurs numériques en
luminance dans la bande infrarouge
thermique
−L
* L
LSAT = (VN − VN MIN ) MAX MIN + LMIN Wm− 2 sr −1µm−1
VN MAX − VN MIN
[
Transformation des luminances obtenues
dans l’étape 1 en température apparente au
niveau du capteur;
Landsat5
Landsat7
Tsat =
Tsat =
Calcul des températures des objets
(températures de surface)
⎞
⎟
⎟
⎠
1282.71
− 273
⎛
666.09 ⎞
⎟
ln⎜1 +
⎜
⎟
Lsat
⎝
⎠
Calcul des températures apparentes au niveau
du sol;
1262.56
Tsat =
1262.56
⎛
607.76
ln⎜1 +
⎜
Lobje t
⎝
1262.56
− 273
⎛
607.76 ⎞
⎟
ln⎜1 +
⎜
⎟
Lsat
⎝
⎠
Transformation des luminances au niveau du
capteur en luminance au sol (correction des
effets atmosphériques).
(Lsat − Latm )
Lsol =
Tatm
Création de l’image d’émissivité se fait en
attribuant des valeurs (0.97) au masque d’eau;
(0.88) au masque de matériaux à nu ;
1.00+0.05In(NDVI) au masque à couverture
végétale partielle; (0,985) au masque à
couverture végétale
Tsat =
]
− 273
⎛
607.76 ⎞
⎟
ln⎜1 +
⎜
Lsol ⎟
⎝
⎠
− 273
Calcul de la luminance de l’objet due à sa
propre température;
(Lsol (1 − ε ) * Lciel )
Lobjet =
ε

10. 1. Résultat; études de cas sur six
images Landsat en période estivale à
Montréal
Exemple avec une image
Landsat 5 TM
du 5 juillet 2008 à 10h30 à Montréal
(température de surface)

11. Landsat 5TM du 5 juillet 2008
AVANT
APRÈS
CORRECTION
CORRECTION

12. Landsat 5TM du 5 juillet 2008
APRÈS
CORRECTION
Les corrections atmosphériques rehaussent systématiquement les
températures de surface des images Landsat.

13. Différence APRÈS-AVANT correction atmosphérique pour le 5 juillet 2008
température de surface
Hydrographie et champs agricoles (ou espaces verts)
Tissu urbain

14. Normalized Difference
Build-up Index
NDBI =
Mid IR - Near IR
Mid IR + Near IR
Secteur résidentiel
Secteur industriel
Fleuve

15. Exemples sur des secteurs résidentiels et industriels
Image Google Earth
AVANT
Températures de surface

16. Exemples sur des secteurs résidentiels et industriels
Image Google Earth
APRÈS
Températures de surface

17. APRÈS correction
atmosphérique
AVANT correction
atmosphérique
32°C
28.5°C
33.5°C
34°C
Exemple avec le projet de
l’école St-Clément
(INSPQ)
La correction permet
d’affiner les résultats et
l’analyse
5 juillet 2008 LANDSAT 5TM
10h30
31.5°C

18. Étude de cas avec 6 images
Landsat 5 TM

19. POS:1996 et 2001
SIG
°C en surface
Les centres commerciaux et industriels, les édifices à bureaux obtiennent
plus de gain.

20. Validation des résultats
Prises de mesure In Situ à 10h30 (14/7/2011)
Site de Brossard (INSPQ)
Correspond à un passage
Landsat 5TM
1 - Terre bac =
2 - Gravier =
Types de surface
20.2°C
43.4°C
3 - Piste cyclable = 34.4°C
4 - Bloc béton =
28.4°C
5 - Piste gravier =
38.8°C
6 - Gazon ombre = 19.5°C
7 - Gazon soleil =
8 - Gazon+terre =
6
7
4
30.5°C
36.1°C
1
8
5
2
3

21. Validation des résultats
Les toits de l’UQÀM
(gravier similaire)
avant
après
Hippodrome de Montréal
(gazon et gazon+terre)
avant
après
25.6°C
31.7°C
26.08°C
42.5°C
14 juillet 2011
Landsat 5TM
10h30
30.29°C
36.08°C

22. Validation des résultats
31 août 2011
Landsat 5TM 10h26
AVANT
APRÈS
CIRRUS
Température de surface d’un parc urbain avant correction 7°C versus 10°C
après correction.

23. Conclusion
• Les corrections atmosphériques rehaussent systématiquement les températures
de surface.
• Les surfaces très minéralisées sont les plus affectées thermiquement (avec
+8 °C en moyenne), puis viennent les secteurs résidentiels (+5 °C) et enfin les
espaces végétalisés (+4 °C).
• La différence est moins d’un degré dans les trois types d’occupation du sol
(minéralisé, secteur résidentiel, et végétalisé) après correction atmosphérique,
mais varie entre 4.9 et 11.7 oC avant correction.
• Les corrections atmosphériques appliquées avec le logiciel REFLECT sont très
pertinentes en zone urbanisée et le suivi des îlots de chaleur de surface à partir
de la télédétection multispectrale.
• Les études antérieures sur les climats urbains (via l’imagerie satellitale) sousestimeraient la capacité des matériaux de surface à emmagasiner la chaleur
(sans correction atmosphérique). La température de surface des villes est sans
doute plus chaude que l’on ne le pense.

24. Travaux futurs
• Réévaluer au regard des corrections atmosphériques les
plans de reverdissement, d’intervention et de
sensibilisation de la sécurité publique, et de la santé
publique lors des canicules à Montréal.
• Quantifier l’apport de la température de surface à la
température de l’air sur l’île de Montréal, et de proposer un
outil d’aide à la décision pour les avertissement de chaleur
accablante permettant de mieux cibler dans l’espace et le
temps, les secteurs de la ville où ces seuils seront atteints.
Amélioration
de la carte de
vigilance

25. Exemple d’application en santé publique avec la superposition des températures
de surface sur les secteurs résidentiels
Remerciements
• Yves Baudouin (UQÀM)
• Philippe Martin (EC)
Directeur de stage et de Maîtrise Superviseur du stage