Images MODIS : le portail EarthData
1. Présentation de la plateforme et des données
1.1. Le programme EOS de la NASA
EOS (Earth Observing System @eos_project) est un programme d’observation de la Terre par satellite lancé par la NASA à partir de 1991. Il se compose de différentes missions et satellites, comme par exemple Landsat-8 et 7, ou encore ATLAS-1. Vous pouvez visualiser les différents satellites de la division EOS de la NASA sur la Figure 1.
Ce programme a pour objectifs de déterminer l’étendue, l’origine et les conséquences régionales des changements climatiques globaux, en étudiant les liens complexes existant entre l’atmosphère, l’hydrosphère et la bioshère grâce à des images satellites.
1.1.1. Les satellites Terra et Aqua
Les satellites Terra (EOS AM-1), puis Aqua (EOS PM-1), déployés respectivement en 1999 et 2002, font partie intégrante de celui-ci. Leur point commun est qu’ils sont tous les deux équipés du capteur MODIS, qui permet la capture des images que l’on cherche à télécharger dans le cadre de ce document. Nous commencerons par donner quelques spécificités techniques concernant ces deux satellites et leur missions respectives, avant de rentrer dans le détail du capteur en lui-même.
La mission de Terra (@terra_doc) est plus précisément d’étudier l’état global de l’atmosphère, des terres et des océans, et les interactions avec le Soleil. Il pèse plus de 5 tonnes, dont 1155 kg d’instruments (capteurs). Son orbite était située à 705 km d’altitude, mais le satellite a récemment subi des changements orbitaux : elle serait à présent de 693 km d’altitude, avec une légère tendance au déclin prédite jusqu’en 2027 (@terra_doc). Cela a affecté le temps de passage à l’Équateur du satellite, qui est passé de 10H30 au lancement à 9H03. La qualité est néanmoins décrite comme non diminuée par ce changement d’orbite. Terra a un temps de retour dans la même géométrie d’acquisition de 16 jours, et il réalise 16 orbites par jour.
Ce satellite est équipé de nombreux capteurs (Figure 2), dont les principaux sont les instruments :
ASTER : Caméra multi-spectrales
CERES : Radiomètres au nombre de 2, dont seulement un est encore en activité
MISR : Caméras-radiomètres
MODIS : Radiomètres
MOPPIR : Spectromètre, ne collectant plus de données depuis le changement d’orbite et sa mise en veille le 9 avril 2025.
Pour le satellite Aqua (@aqua_doc), lancé 3 ans plus tard, on retrouve quelques capteurs en commun avec Terra, comme les instruments CERES et MODIS (Figure 3). Ce satellite a été mis en orbite 3 ans plus tard à une altitude de 680 km environ, et cette orbite est héliosynchrone, comme celle de Terra. En revanche, leurs temps de passage respectifs à l’Équateur diffèrent : alors que Terra passe à l’équateur à 10h30 heure locale sur un nœud descendant Aqua passe à l’Équateur à 13h30 en nœud ascendant. Ce dernier pèse 3117 kg, dont 1 tonne d’instruments.
L’objectif des instruments embarqués sur le satellite Aqua est d’étudier le cycle de l’eau, en réalisant des mesures continue d’évaporation, de présence de vapeur d’eau, de nuages ou au niveau de la surface des océans, lacs, ainsi que des mesures sur les glaciers et la neige. Aqua mesure également le flux radiatif, les aérosols, la couverture végétale du sol, le phytoplancton, la matière organique dissoute dans les océans ainsi que la température de l’air, du sol et de l’eau. Les données d’Aqua sont utilisées dans une variété de domaines, notamment en météorologie et climatologie.
1.1.2. L’intrument MODIS
Le Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS, que l’on peut traduire en français par « Radiomètre spectral pour imagerie de résolution moyenne ») est une série d’instruments d’observation scientifique couplés à un système embarqué satellitaire. Ce capteur est embarqué sur les satellites Terra et Aqua, et permet de faire de la télédétection Grand Champ (@modis_doc).
L’instrument MODIS, avec une fauchée de 2330 km, une résolution spatiale de 250 m à 1 km et une résolution temporelle de 16 jours pour MOD13A1 (un exemple de données téléchargeables, correspondant à un indice de végétation - cf Section 1.3 -) permet d’observer et suivre temporellement des phénomènes dynamiques à petite échelle. Un schéma de cet instrument est disponible sur la Figure 4.
Grâce à sa large fauchée et à la fréquence de revisite des deux satellites qui le portent, la totalité de la surface de la Terre est observée tous les 1 à 2 jours. Il existe des zones “aveugles” au niveau de l’Équateur, pour lesquelles les deux satellites ne font pas d’acquisition d’images, mais celles-ci sont comblées grâce au décalage de ceux-ci du fait de la rotation de la Terre. La fréquence d’acquisition des images à l’Équateur est donc plus faible qu’à des latitudes comme 60°N ou 80°S.
Cet instrument permet de capter 36 bandes spectrales allant de 0,4 à 14,4 μm avec une résolution spatiale de 250 m, 500 m ou 1 km selon les bandes spectrales (@modis_doc). Les données sont disponibles aux niveaux de traitements 1A (données reconstruites et non traitées, résolution maximale et référencées temporellement, annotées et quelques autres informations auxiliaires) et et 1B (données 1A traitées et converties en unités instrumentales) (@data_processing_levels).
1.1.3 Produits MOD13A1 et MYD13A1
Le produit MOD13A1 du capteur MODIS est constitué d’un indice de végétation, et fondé sur les données acquises par le satellite Terra (@MOD13). Le produit MYD13A1 est identique, mais réalisé à partir du traitement de données issues du satellite Aqua (@MYD13). Il comporte deux couches de végétation principale le NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) et l’EVI (Enhanced Vegetation Index) et d’une couche DetailedQA, un indicateur de qualité des informations visuelles. Les images associées suivent le standard DAAC (Distributed Active Archive Center) de la NASA. L’EVI permet de diminuer l’effet des aérosols contenus dans l’atmosphère sur le NDVI et minimise l’effet du sol (@brun_memoire).
La formule du NDVI est (Équation 1) :
\[ NDVI = \frac{PIR - Rouge}{PIR + Rouge} \tag{1}\]
La formule de l’EVI est (Équation 2) :
\[ EVI = 2.5 \times \left[ \frac{PIR - R}{PIR + 6R - 7.5B + 1} \right] \tag{2}\]
1.2. Interface du site :
La plateforme EarthData Search (@earth_data_search) est un portail de visualisation et de téléchargement de données d’observation de la Terre. Portée par la NASA elle donne un accès libre à une grande quantité de données relatives aux sciences de la Terre. Son interface est présenté dans la Figure 5.
Interface du site Earth Data Search :
Légende de l’interface :
- Barre de recherche spécifique
- Zone d’étude
- Période d’étude
- Choix du capteur
- Connexion au compte utilisateur
- Barre d’outil
2. Utilisation du portail et téléchargement de données
Pensez à vous créer un compte utilisateur Earthdata afin de profiter de tous les services proposés ! Il vous suffit de disposer d’une adresse mail, et de créer un mot de passe.
2.1. Filtres et paramètres
2.1.1. Définition de la zone d’étude
Cliquer sur 
pour définir l’emprise spatiale désirée.
2.1.2. Définition de la période d’étude
Cliquer sur 
pour définir la période d’étude en définissant la date de début et de fin d’acquisition. Le produit MOD13A1 à une forte répétitivité temporelle, ce qui permet d’observer l’évolution de la végétation avec une forte résolution temporelle.
2.1.3. Choix du type de données
Nous cherchons ici la collection du capteur MODIS présent sur le satellite TERRA. On sélectionne dans le menu déroulant 
le capteur MODIS 
Dans notre exemple on cherche le produit MOD13A1 dans le moteur de recherche.
Cliquer sur 
afin de choisir la collection du produit MOD13A1, fournissant un indice spectral de Végétation.
2.1.4. Filtre sur les nuages
On peut aussi appliquer un filtre sur les nuages afin de sélectionner les images voulues.
Il faut cliquer sur 
puis paramétrer la couverture nuageuse dans 
Dans le calcul de l’EVI l’utilisation de la bande bleu permet un pré-traitement de la contamination atmosphérique résiduelle dû aux fumées et aux nuages type Cirrus, mais ne corrige pas la couverture nuageuse (@matheo_uliege).
2.2. Téléchargement des données
Une fois que nous avons paramétré et filtré la recherche selon nos besoins nous pouvons voir les résultats correspondant au paramétrage, comme montré sur la Figure 6.
On peut alors télécharger les images dont nous avons besoin, soit via le bouton 
ou télécharger toutes les images disponibles sur la période d’étude avec le bouton 
.
Ressources complémentaires :
Pour plus d’informations vous pouvez consulter la vidéo de présentation de l’accès aux données spatiales, réalisée par les équipes de NASA Earthdata lors d’un webinaire le 24 janvier 2024.
- Lien vers le site du LAADS DAAC pour s’informer sur l’archivage et la distribution des données scientifiques MODIS.
- Lien vers le site de MODIS pour plus d’informations sur le capteur.