Quelle est la différence entre Landsat et Sentinel-2 pour la géologie ?

Sentinel-2 (MSI) offre des bandes optiques et red-edge de 10 à 20 m avec une revisite de 5 jours, ce qui est excellent pour la discrimination lithologique et la cartographie corrigée de la végétation. Landsat 8/9 (OLI/TIRS) ajoute un capteur infrarouge thermique embarqué et une archive de plus de 50 ans remontant à 1972, que Sentinel-2 ne peut égaler pour le contexte de changement.

Sentinel-2 ou Landsat a-t-il de meilleures bandes SWIR pour la cartographie minérale ?

Les deux ont deux larges bandes SWIR à environ 1,6 et 2,2 micromètres, donc aucun ne résout les espèces individuelles d'argiles ou d'altération. Le SWIR de Sentinel-2 est à 20 m contre 30 m sur Landsat, mais pour les absorptions minérales diagnostiques, il faut les cinq bandes SWIR plus étroites d'ASTER ou des données hyperspectrales.

Où ASTER se situe-t-il pour la cartographie de l'altération et des argiles ?

ASTER possède cinq bandes SWIR (2,145–2,430 um) et cinq bandes thermiques, qui permettent de cartographier les argiles Al-OH, Mg-OH/carbonate et la silice bien mieux que Landsat ou Sentinel-2. Son détecteur SWIR est tombé en panne en 2008, de sorte que les données SWIR exploitables sont en grande partie d'archive antérieure à 2008.

Quels rapports de bandes fonctionnent sur Landsat 8/9 et Sentinel-2 ?

Les rapports classiques se transposent entre les deux : fer ferrique à partir de rouge/bleu, fer ferreux et chapeau de fer à partir de SWIR/PIR, et argile/hydroxyle à partir de SWIR1/SWIR2 (B11/B12 sur Sentinel-2, B6/B7 sur Landsat 8/9). Calculez toujours les rapports sur des données de réflectance de surface, corrigées atmosphériquement.

Landsat vs Sentinel-2 pour la cartographie géologique

Réponse courte

Pour la cartographie géologique, Sentinel-2 (MSI) l'emporte sur le détail spatial et la richesse spectrale : 10 m visible/PIR, quatre bandes red-edge, deux bandes SWIR à 20 m, et une revisite de 5 jours grâce à la constellation à deux satellites. Landsat 8/9 (OLI/TIRS) l'emporte sur deux points que Sentinel-2 ne peut offrir : une archive continue de la surface terrestre remontant à 1972, et un véritable capteur infrarouge thermique (TIRS, ~100 m rééchantillonnés à 30 m). Aucun des deux n'a les bandes SWIR étroites nécessaires pour identifier des minéraux d'altération spécifiques — pour cela, vous vous tournez vers ASTER ou des données hyperspectrales. En pratique, utilisez Sentinel-2 pour la discrimination lithologique et la structure, Landsat pour les séries temporelles et le contexte thermique, et le SWIR d'ASTER (antérieur à 2008) pour la cartographie des argiles et de l'altération.

Les capteurs, concrètement

Sentinel-2 MSI

Deux satellites (2A, 2B ; 2C désormais opérationnel) embarquent l'instrument MultiSpectral à 13 bandes, avec une revisite combinée proche de 5 jours à l'équateur, meilleure aux hautes latitudes. Les bandes qui comptent pour la géologie :

B2/B3/B4 (bleu/vert/rouge), 10 m — couleurs naturelles, rapports d'oxydes de fer.
B8 (PIR, 842 nm), 10 m ; B8A (PIR étroit, 865 nm), 20 m.
B5/B6/B7 red-edge, 20 m — utiles pour séparer le stress de la végétation au-dessus de terrains minéralisés.
B11 (1610 nm) et B12 (2190 nm) SWIR, 20 m — les deux bandes utilisées pour les rapports hydroxyle/argile et carbonate.

Les produits sont distribués en Niveau-1C (réflectance au sommet de l'atmosphère) et en Niveau-2A (réflectance de surface, corrigée atmosphériquement via Sen2Cor). Pour tout rapport de bandes quantitatif, partez du L2A ou exécutez votre propre correction atmosphérique.

Landsat 8 et 9 (OLI/TIRS)

OLI fournit du multispectral à 30 m et une bande panchromatique à 15 m ; TIRS ajoute deux bandes thermiques (B10, B11) acquises à ~100 m et livrées rééchantillonnées à 30 m. Bandes pertinentes en géologie :

B2/B3/B4 (visible), B5 (PIR, 865 nm), toutes à 30 m.
B6 (1610 nm) et B7 (2200 nm) SWIR, 30 m — analogues directs de B11/B12 de Sentinel-2.
B8 panchromatique, 15 m — pansharpez la pile à 30 m pour la cartographie visuelle.
B10/B11 thermique — indices silice/quartz et température de surface.

La caractéristique décisive est l'archive : Landsat 1-5 MSS, puis TM (1982), ETM+ (1999) et OLI (2013) offrent un enregistrement quasi continu. Pour les colorations de drainage de mines abandonnées, la migration des dunes, le recul des glaciers, ou tout changement sur plusieurs décennies, Landsat n'a aucun concurrent.

ASTER

Embarqué sur Terra, ASTER porte trois bandes VNIR (15 m), six bandes SWIR (30 m, 1,6-2,43 um) et cinq bandes TIR (90 m). L'ensemble SWIR est l'essentiel : les bandes ASTER 5-8 couvrent la région 2,1-2,4 um où vivent les absorptions Al-OH (kaolinite, illite, muscovite, alunite), Mg-OH et carbonate. Cela permet de construire de véritables cartes de minéraux d'altération que le SWIR à larges bandes de Landsat/Sentinel se contente de moyenner. Le hic : le détecteur SWIR est tombé en panne en avril 2008, donc les scènes SWIR fiables sont antérieures à 2008. Le VNIR et le TIR continuent.

Des rapports de bandes qui se transposent entre capteurs

Les rapports géologiques standard ont été conçus pour Landsat TM et migrent proprement. En utilisant la numérotation Landsat 8/9 / Sentinel-2 :

Fer ferrique (oxydes de fer, chapeaux de fer) : B4/B2 (rouge/bleu) — Landsat 4/2, Sentinel-2 B4/B2.
Fer ferreux : B6/B5 (SWIR1/PIR) sur Landsat ; B11/B8A sur Sentinel-2.
Hydroxyle / argile / altération : B6/B7 (SWIR1/SWIR2) sur Landsat ; B11/B12 sur Sentinel-2.
Composite oxydes de fer (style Sabins) : combinez B4/B2, B6/B7, B6/B5 en un RVB.

Ils n'ont de sens que sur la réflectance de surface. Calculez-les sur L2A (Sentinel-2) ou sur la réflectance de surface Collection 2 Niveau-2 (Landsat). Les données au sommet de l'atmosphère portent une diffusion atmosphérique qui corrompt en particulier les rapports faisant fortement intervenir la bande bleue.

Exemple détaillé : criblage des argiles d'altération dans QGIS + GDAL

Objectif : un premier criblage d'altération sur une cible aride à l'aide de Sentinel-2 L2A.

Empilez les bandes SWIR et PIR. Rééchantillonnez B8 (10 m) et B11/B12 (20 m) sur une grille commune de 20 m :
```
gdalwarp -tr 20 20 -r bilinear -t_srs EPSG:32643 B08.jp2 B08_20m.tif
```
(Utilisez le bon EPSG UTM pour votre tuile — p. ex. EPSG:32643 pour UTM 43N.)

Construisez le rapport d'argile B11/B12 avec gdal_calc.py :

gdal_calc.py -A B11_20m.tif -B B12_20m.tif \
  --outfile=clay_ratio.tif --calc="A.astype(float)/(B+1e-6)" --type=Float32

Construisez le rapport ferrique B4/B2 de la même manière, et un composite RVB (ferrique, argile, ferreux) dans les propriétés de couche de QGIS.
Masquez la végétation et l'eau. Calculez le NDVI à partir de B8/B4 et masquez les cellules au-dessus de ~0,3 ; masquez l'eau avec le NDWI. La végétation produit de faux maxima d'hydroxyle car la chimie foliaire absorbe aussi dans le SWIR.
Étirez par région, pas globalement. Appliquez un étirement à coupure cumulative de 2-98 % sur votre zone d'intérêt afin que les anomalies subtiles ne soient pas écrasées par un affleurement ou une sebkha.

Pour Landsat, remplacez B11/B12 par B6/B7 ; B2/B4 restent identiques ; tout le reste est identique à 30 m.

Si vous avez un accès au cloud, Google Earth Engine fait cela sans téléchargements : filtrez COPERNICUS/S2_SR_HARMONIZED par date et CLOUDY_PIXEL_PERCENTAGE, appliquez le masque de classification de scène, construisez un composite médian, puis calculez les rapports côté serveur.

Compromis de résolution, de revisite et de nuages

Spatial : Sentinel-2 à 10-20 m résout les dykes, les unités étroites et les linéaments structuraux que Landsat à 30 m brouille. Landsat pansharpé à 15 m comble en partie l'écart pour l'interprétation visuelle, mais pas pour l'analyse.
Temporel : la revisite de ~5 jours de Sentinel-2 signifie plus de chances sans nuages par saison — important en terrain tropical ou de mousson. La revisite de 16 jours par satellite de Landsat (8 jours combinés 8+9) est plus clairsemée, mais la profondeur de l'archive compense pour le travail historique.
Spectral : pour la lithologie, les bandes red-edge de Sentinel-2 aident à séparer la végétation du sol/de la roche. Pour la minéralogie, les deux larges bandes SWIR des deux capteurs ne signalent que « il y a ici de l'hydroxyle/de l'argile », pas quel minéral.
Thermique : seuls Landsat (TIRS) et ASTER (TIR) en portent. Les unités riches en silice et en quartz se discriminent le mieux thermiquement ; Sentinel-2 n'a aucune bande thermique.

Pièges courants et leurs causes

Lire une fausse couleur comme une lithologie. Un composite de rapports met en évidence le contraste spectral, qui est corrélé au type de roche mais ne lui est pas identique. Sol, lichen, vernis du désert et ombre déplacent tous les rapports. Validez par rapport à la géologie cartographiée et, idéalement, à des spectres de terrain.
Mélanger réflectance au sommet de l'atmosphère et de surface. Comparer une scène TOA à une scène L2A, ou calculer des rapports sur du TOA, injecte une erreur atmosphérique qui imite les signaux de fer et d'argile. Gardez un niveau de traitement cohérent et documenté.
Attendre une identification minérale d'un SWIR large. B11/B12 (ou B6/B7) couvrent chacune des centaines de nanomètres ; kaolinite, illite et alunite tombent toutes dans la même bande et ne peuvent être séparées. Si le livrable revendique un minéral spécifique, les données doivent le justifier — cela signifie du SWIR ASTER ou de l'hyperspectral, pas du Sentinel-2.
Comparer des scènes à travers saisons/angles solaires. Des dates d'acquisition différentes changent la longueur des ombres, l'humidité du sol et la végétation, qui déplacent tous les rapports. Pour la détection de changement, contrôlez la phénologie et l'éclairement.

Assurance qualité et validation

Avant qu'une couche de télédétection n'entre dans un rapport :

Confirmez que le niveau de traitement (L2A / Collection 2 L2) et la méthode de correction atmosphérique sont consignés dans les métadonnées.
Vérifiez que la zone UTM / l'EPSG est correcte pour la zone d'intérêt et que toutes les bandes partagent une seule grille après rééchantillonnage.
Recoupez les anomalies avec au moins une couche indépendante — géologie publiée, géophysique ou occurrences connues.
Inspectez les anomalies à pleine résolution ; beaucoup de « cibles » se résolvent en routes, résidus, lits de rivières asséchés ou ombre de nuage.
Énoncez explicitement la limite : un maximum d'hydroxyle Sentinel-2 est une indication, pas une analyse.

Le point de vue de Bathyl

Nous traitons les données satellitaires optiques comme une couche d'extension du regard qui resserre l'endroit où chercher, et non comme un substitut à la cartographie ou à l'échantillonnage. Le bon capteur suit la question : Sentinel-2 pour le criblage lithologique et structural à haute résolution, Landsat pour le contexte thermique et le changement pluri-décennal, ASTER pour la minéralogie d'altération que les capteurs à larges bandes ne peuvent résoudre. Chaque couche est livrée avec son niveau de traitement, sa date et une note claire sur ce que le signal spectral peut et ne peut pas prouver.

Landsat vs Sentinel-2 pour la géologie