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Transcript

CHALLENGE COPERNICUS
Décembre 2021 - Janvier 2022

Élèves participants (classe de 1e) :

AYARI Alexandre, BEKKARI Amine-Ouassim, BLANC Oriane,
BOUSQUET Arsène, CADIC Ana, GAYTE Charlotte, HOUMAIDI-SAQUÉ Rose,
MORO Hugo, WEILL Astrid

Encadré par : BEN BRAHIM Sabrina

Un constat alarmant :
Chaque année, entre 4,8 et 12,7 millions de tonnes de plastique terminent dans les océans
et 1,5 millions d’animaux meurent après avoir ingéré du plastique.

La problématique à résoudre :

Comment les observations satellitaires peuvent-elles contribuer à la lutte contre la pollution aux plastiques ?

Notre démarche

Notre groupe de travail était constitué de 9 élèves de 1è.
Nous suivons tous la spécialité physique-chimie, et certains ont choisi la spécialité SVT et d'autres la spécialité NSI

Nous nous sommes retrouvés 6 fois au lycée, sur une heure commune en dehors des cours, pour travailler sur le challenge Copernicus. Nous utilisions les zones de travail collaboratif du centre de ressources de l'établissement, et partagions nos documents dans un dossier commun de l'ENT

Nous avons rencontré des difficultés de plusieurs types, les voici détaillées ci-dessous, ainsi que les solutions envisagées pour y remédier

Séance 1 Séance 2 Séance 3 Séance 4 Séance 5 Séance 6

Leviers

Obstacles

Description

Confusion entre la carte de Chypre et celle de l’île Grecque avec laquelle on devait vérifier nos résultats à la fin du projet

Problèmes sur le redimensionnement lors du calcul des indices

Difficulté à sélectionner le plastique sur QGIS

Perte des données sur les indices

Re-calcul des indices

Visionnage des vidéos d'aide

Pas de nouveau problème, wow !

Visio-conférence avec Manon : elle nous a expliqué que nous n'avions pas mis la même résolution pour toutes les bandes

Nous avons donc mis une résolution de 10 mètres par pixel pour toutes les bandes

Réalisation de notre erreur et changement d'image

Installation de QGIS sur les ordinateurs du lycée impossible

Installation de QGIS uniquement sur des ordinateurs personnels qui sont ramenés chaque semaine

  • Présentation du projet
  • Présentation du logiciel QGIS
  • Manipulations expérimentales : radiomètre + caméra thermique

  • Essais d'installation de QGIS
  • Identification des couches sur une image - Appropriation du logiciel
  • Recherches sur la problématique du plastique

  • Utilisation de la calculatrice Raster
  • Calculs des indices
  • Poursuite des recherches sur la problématique environnementale
  • Recherches sur les bandes spectrales du satellite Sentinel 2

  • Redimensionnement des images
  • Identification du plastique sur la première image

  • Calcul de la capacité d des indices à détecter les plastiques sur la 1e image
  • Travail sur la 2e image

  • Finalisation des calculs sur la 2e image
  • Préparation de la production finale

Nos résultats

Pour l'image "test" de Chypre, nous avons identifié 3 indices pertinents pour visualiser les échantillons de plastique à la surface de l'eau : il s'agit des indices PI, NDWI et RNDVI


Pour cela, nous avons réalisé les étapes suivantes :

Etape 1 :

1) Rééchantillonnage à 10m des bandes dont nous aurions besoin. Nous avons utilisé le tableau ci-contre pour identifier les bandes à rééchantillonner : B03 , B04, B06, B08a, B11

2) Application successive des indices PI, NDWI et RNDVI avec la bande B08 (et non B08A)

Source : CNES.fr

Nos résultats

Pour l'image "test" de Chypre, nous avons identifié 3 indices pertinents pour visualiser les échantillons de plastique à la surface de l'eau : il s'agit des indices PI, NDWI et RNDVI


Pour cela, nous avons réalisé les étapes suivantes :

Etape 1 :

1) Rééchantillonnage à 10m des bandes dont nous aurions besoin. Nous avons utilisé le tableau ci-contre pour identifier les bandes à rééchantillonner : B03 , B04, B06, B08a, B11

2) Application successive des indices PI, NDWI et RNDVI avec la bande B08 (et non B08A)

Source : CNES.fr

Capture d'écran "QGIS" de la zone contenant le plastique

Ici, visualisation avec l'indice NDWI
L'échantillon identifié est entouré en vert sur l'image ci-dessus

Nos résultats

3) Application de la boite englobante sur les coordonnées indiquées dans la notice
4) Recoloration en niveaux de rouge pour un peu plus de visibilité (problème d'enregistrement pour l'image RNDVI que nous avons uniquement en noir et blanc)

Capture d'écran "QGIS" de la zone contenant le plastique

Ici, visualisation avec l'indice PI
L'échantillon identifié est entouré en vert sur l'image ci-dessus

Capture d'écran "QGIS" de la zone contenant le plastique

Ici, visualisation avec l'indice RNDVI
L'échantillon identifié est entouré en vert sur l'image ci-dessus

Nos résultats

A la vue de ces résultats, il nous semble que les indices NDWI et PI sont les plus performants.
Nous calculons cependant l'indice d pour les 3 images (NDWI, PI et RNDVI) à l'aide d'un tableur

Conclusion : D'après cette première image, c'est l'indice PI qui permet de détecter le plus efficacement les déchets plastiques à la surface de l'eau

Une limite à noter


Nous n'avons pas eu le temps de réliquer le calcul des indices, il est possible que nous n'ayons pas bien sélectionné le polygone "eau" et le polygone "plastique"

Nos résultats

Enfin, nous avons calculé les valeurs de d pour chaque échantillon de plastique et moyenné, pour chaque indice, sur les 3 valeurs (échantillon au "nord", au "centre" et au "sud" de l'image précédente.

Nos résultats

Nous avons réalisé la même démarche pour la 2e image (Grèce) et nous avons identifié 3 zones contenant du plastique, à l'aide des 3 mêmes indices (PI, NDWI, RNDVI) :

Etape 2 :

Capture d'écran "QGIS" de la zone contenant les 3 échantillons de plastique (notés en vert) identifiés sur la 2de image fournie par Sentinel

Conclusion

Sur l'image de Chypre, l'indice le plus "performant" est l'indice PI, alors que sur l'image de Grèce, il apparait que c'est l'indice RNDVI qui est le plus pertinent.


Nous n'avons pas eu le temps de reprendre la démarche en entier pour identifier si cette différence vient d'une erreur de notre part ou bien si c'est inhérent aux images elles-mêmes.

Quoiqu'il en soit, il nous semble que les indices PI et RNDVI
peuvent être retenus pour identifier des plastiques à la surface des océans.

Notre synthèse

A l'issue de ces 6 semaines de travail, nous pouvons dresser le bilan suivant :


- Ce projet nous a permis de découvrir l'imagerie spatiale et l'analyse des données fournies par un satellite
- Nous avons mené une démarche scientifique, et avons réussi à aboutir, même si notre conclusion mérite d'être vérifiée et approfondie. Nous avons rencontré de nombreux obstacles, mais avons toujours essayé de les surmonter.
- La démarche de projet nous a permis de travailler en équipe, de nous répartir les rôles et d'interagir tous ensemble. L'utilisation du matériel informatique dont est équipé notre nouveau lycée fut très bénéfique.
- L'ensemble de ces apports nous permettra - nous l'espérons - de continuer activement à mener des projets, et les contenus scientifiques seront utilisables dans d'autres circonstances (projet en enseignement scientifique, grand oral, etc.)

Nous remercions le CNES, et également Manon qui nous a été d'un grand soutien !

Nos sources


Chaque année,

entre 4,8 et 12,7 M de tonnes de plastique terminent dans les océans

1,5 M d’animaux meurent après avoir ingéré du plastique.




Le déroulé de notre projet