Détecter les avalanches sur les images satellites

04.10.2022  |  Isabel Plana  |  News SLF

Dans quelles régions les avalanches se produisent-elles de manière répétée ? À quel endroit se déclenchent-elles et quelles trajectoires empruntent-elles ? À quelle fréquence surviennent-elles et avec quelles tailles ? Ces questions sont importantes pour mieux évaluer leur danger potentiel et optimiser la gestion des risques. Pour leur analyse, une vue depuis le ciel est particulièrement instructive. « Ce sont surtout les images satellites qui sont intéressantes pour nous », explique Elisabeth Hafner, doctorante au SLF dans le groupe Télédétection alpine. « Contrairement aux visites sur le terrain ou aux photos de webcams ou de drones, elles donnent bien plus qu’un aperçu d’une région limitée, et peuvent même représenter l’ensemble de l’espace alpin suisse. »

Mais toutes les images satellites ne se valent pas. Elisabeth Hafner et ses collègues se penchent actuellement sur les données des satellites optiques. Il s’agit en quelque sorte de photos, comme celles que l’on trouve sur Google Maps. Les prises de vue du satellite français SPOT 6/7, que les chercheurs du SLF utilisent pour la cartographie des avalanches, ont une résolution de 1,5 mètre et sont extrêmement détaillées. « Sur de telles images, nous pouvons reconnaître le contour complet d’une avalanche, c’est-à-dire également le lieu et le type de la rupture, ainsi que sa trajectoire », nous explique Elisabeth Hafner. Dans ce cadre, la doctorante et son équipe ont décidé de développer une méthode d’analyse d’image basée sur l’apprentissage automatique, qui permet d’identifier et de cartographier sans intervention humaine les avalanches sur les images satellites optiques. Jusqu’à présent, il s’agissait encore d’un travail fastidieux : recherche visuelle des avalanches sur les prises de vue à l’écran puis tracé manuel des contours.

C’est justement ce qu’Elisabeth Hafner a dû faire sur des images satellites de SPOT 6/7. Les photos datent du 24 janvier 2018 et du 16 janvier 2019, journées pour lesquelles le SLF avait prévu le degré 5, le plus haut pour l’alerte d’avalanches (très fort). Elisabeth Hafner a combiné les images satellites avec la carte suisse et un modèle numérique de terrain afin de vérifier avant tout si un événement avalancheux est plausible dans une région donnée. En effet, les avalanches ne se produisent pratiquement que sur des pentes dont l’inclinaison est supérieure à 30 degrés. Au total, la chercheuse a identifié et cartographié plus de 24 000 avalanches sur les photos prises pendant ces deux jours. « En moyenne, j’ai eu besoin d’environ 2 minutes par avalanche : j’ai donc passé près de cinq semaines uniquement à les identifier », sourit Elisabeth Hafner. « Cela montre l’importance d’automatiser ce processus afin de pouvoir analyser plus rapidement l’activité avalancheuse dans la pratique. »

Cette cartographie manuelle a constitué la base d’entraînement de l’ordinateur, en lui apprenant ce qui est une avalanche ou non dans la prise de vue. Elisabeth Hafner a eu recours à une méthode ayant fait ses preuves, mais l’a adaptée de manière à ce qu’en plus des données optiques, les informations topographiques issues du modèle de terrain soient explicitement traitées. L’évaluation de la méthode a finalement fourni un score F1 de 0,63, une valeur de 1 signifiant une reproductibilité parfaite. « Dans un premier temps, nous n’étions pas très satisfaits, mais nous n’avons pu améliorer les performances que de manière marginale en ajustant le modèle. » C’est alors que les chercheurs se sont posé une question : les spécialistes eux-mêmes sont-ils toujours d’accord sur l’existence et les contours des avalanches ?

Elisabeth Hafner a donc fait cartographier manuellement une image satellite par cinq experts en avalanches et a comparé leur concordance. Résultat : dans les zones ensoleillées et bien visibles, la concordance était plus élevée que dans les secteurs à l’ombre. Au total, les experts ont identifié une superficie totale d’avalanches similaire à celle du modèle. Cela montre que l’ordinateur détecte les avalanches avec une fiabilité pratiquement équivalente à différents spécialistes. Dans une prochaine étape, Elisabeth Hafner étudiera comment ces derniers procèdent lors de la cartographie manuelle et pourquoi ils évaluent différemment les prises de vue dans certains cas. « En déterminant ces incertitudes, nous aurons une chance d’ajuster notre modèle en conséquence. Notre espoir pour l’avenir est que l’ordinateur localise rapidement et de manière cohérente les avalanches dans les données satellites optiques et les cartographie quotidiennement sur l’espace alpin suisse, afin que les décideurs disposent de ces informations importantes en temps réel. »

Première détection d’avalanches par satellite à grande échelle (News du 10.12.2019)

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