Vincent GODARD
Département de Géographie
Université de Paris 8
V.1.3 - Dernière mise à jour : 18/02/2022
Fiche Mémo n°1.4. du cours de Télédétection niveau 2 :
Les interactions
Après que le REM ait traversé l'atmosphère, il atteint la cible, à la surface de la Terre.
- Que va-t-il lui arriver ?
1. Définition de quelques propriétés du rayonnement
Le rayonnement qui n'est pas absorbé ou diffusé dans l'atmosphère (cf. fm13tel.htm) peut atteindre et interagir avec la surface de la Terre.
fig. 1 - Interaction du rayonnement avec la cible
Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection
C => - réponse de la cible (dépend des propriétés de surface de celle-ci)
- interaction entre le REM et la cible
Déviation ou blocage sur la cible.
Le rayonnement incident peut être :
Absorbé* (A), Réfléchi* (R) et/ou Transmis* (T)
(avec réfraction* syn. de déviation)
A + R + T = 1
L'énergie incidente totale interagira avec la surface de la cible selon l'un ou l'autre de ces trois modes d'interaction ou selon leur combinaison.
La proportion de chaque interaction dépend de la longueur d'onde de l'énergie, ainsi que de la nature et des conditions de la surface.
Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection- L'absorption (A) tout corps qui reçoit un rayonnement incident peut en absorber une partie
cette partie absorbée modifie son énergie interne, il s'échauffe
- La transmission (T) lorsque l'énergie du rayonnement passe à travers la cible
Le changement de milieu lié à la transmission entraîne une réfraction
- La réflexion (R) lorsque la cible renvoie l'énergie du rayonnement.
Quand l'énergie est solaire et que la surface irradiée est planétaire (terrestre...), la réflectance est appelée albedo*
En télédétection, nous mesurons le rayonnement réfléchi par une cible. La réflexion spéculaire* et la réflexion diffuse* représentent deux modes limites de réflexion de l'énergie.
fig. 3 - La réflexion spéculaire
Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection
La réflexion peut être spéculaire, dirigée dans 1 seule direction (effet miroir), ou diffuse, dirigée dans toutes les directions.
Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection
Un réflecteur peut être lambertien (surface parfaitement diffusante, égale dans toutes les directions), spéculaire ou, comme souvent en télédétection, un cas intermédiaire.
Enfin, on parle également de :
Émission* : tout corps dont la température est > à 0°K émet un rayonnement électromagnétique. Ce corps est appelé source.
L'absorption élève la température du corps et modifie la longueur d'onde d'émission.
Diffraction : c'est un effet de bordure qui dévie les rayonnements frappant un objet. S'accompagne souvent d'une dispersion spectrale (sauf si rayonnement monochromatique).
2. Le cas de l'émission
On connait certains émetteurs comme le soleil ou les lampes
en fait tout corps dont la température est supérieure à 0°K est un émetteur de REM.
Une source d'énergie électromagnétique est caractérisée par la répartition spectrale du rayonnement qu'elle émet :
- spectre continu : l'énergie varie de façon continue avec
- spectre de raies : l'énergie est concentrée sur un certain nombre de raies spectrales
La plupart des émetteurs que l'on connait sur Terre sont à spectre continu.
Ils s'approchent d'un modèle théorique appelé corps noir*.
On a vu dans la loi de la transformation de l'énergie que
A + T + R = 1
Si un corps absorbe tous les rayonnements incidents, alors :
A = 1 et T + R = 0
ce corps est appelé corps noir
2.1. Les Corps noirs
A son tour, ce corps ré-émet un REM dont l'intensité et la fréquence dépendent de son énergie interne :
sa température.
Il en découle différentes lois physiques (cf. BARIOU p.8), dont celle de Wien qui dit que :
"plus la température d'un corps noir est élevée plus il émet dans de courtes longueurs d'onde"
fig. 5 - Émission en fonction des températures du soleil (T°=6 000K) et de la Terre (T°=300K) - courbes de Planck
Source : ens-lyonOn notera la différence d'amplitude des flux malgré l'échelle logarithmique en ordonnée.
Le Soleil peut être considéré comme un corps noir à 6 000°K
son maximum d'émission est aux alentours de 500 nm (vert-jaune)
CàD au voisinage de la sensibilité maximale de l'œil humain (550 nm)
La Terre a une température moyenne proche de 300°K
son maximum d'émission est aux alentours de 9 500 nm (IRTh)
La plupart des surfaces naturelles ne se comportent pas comme des corps noirs, où
R + T <> 0
mais plutôt comme des corps gris
Les corps gris n'absorbent qu'une partie du rayonnement et leur émissivité est plus faible.
L'eau, le basalte et le bitume ont des comportement proche des corps noirs
surtout pour les grandes longueurs d'onde
2.2. Perturbations dues à l'émission atmosphérique
On a vu que l'atmosphère absorbait une certaine quantité d'énergie incidente
cette énergie est transformée en chaleur
Comment cela ce traduit-il pour nous ?
Par un rayonnement propre de l'atmosphère
Globalement, l'atmosphère perturbe le REM incident et réfléchi du sol.
Donc le REM enregistré est sensiblement différent de celui émis ou réfléchi par l'objet.
En résumé, le REM global mesuré en 1 point quelconque de l'espace est :
- la résultante de tous les rayonnements (émis, réfléchis, diffusés)
- venant de toutes les directions
- pour toutes les longueurs d'onde
d'où la complexité des grandeurs énergétiques à mesurer en télédétection
3. Rappel sur les quantités énergétiques (notions de photométrie)
Les termes les plus utilisés sont la luminance* énergétique et la réflectance*.
Luminance : quantité d'énergie (intensité), par unité de surface et selon une direction donnée
s'exprime en W/(m2 . sr)
C'est une valeur de flux réfléchi (cf. CASSANET p.37-38)
- Qu'est-ce donc que le stéradian (str) ? Le stéradian est l'angle solide d'un cône qui, ayant son sommet au centre d'une sphère, découpe sur la surface de cette sphère une aire égale à celle d'un carré ayant pour côté une longueur égale au rayon de la sphère. (pour en savoir plus : les unités des marchés publics, mais aussi la figure n°3 du blog de la couleur).
Réflectance, réflectivité, ou albedo : rapport du flux réfléchi (luminance) sur le flux incident (éclairement)
s'exprime en général en %
Rappelons que :
Les données numériques primitives sont souvent appelées :
Comptes numériques (CN),
Ce sont en fait des Luminances apparentes (La)
Après correction d'égalisation des détecteurs, elles deviennent (!) des :
Luminances vraies (Lv)
Après introduction des paramètres exo-atmosphériques, elles deviennent (!) des :
Réflectances exo-atmosphériques (Rea)
Elles ne tiennent pas encore compte des phénomènes de diffusions atmosphériques
(que de l'éclairement solaire hors atmosphère)
Lesquelles utiliser ?
- Souvent des Luminances apparentes
- Préférable d'utiliser des Luminances vraies (dans la plupart des cas)
- Passage en réflectance pour comparer des données différentes (spatialement, chronologiquement, de terrain...)
4. Test de compréhension
Communiquez-moi sur la plateforme Moodle, à la rubrique travaux, les réponses aux questions suivantes :
Question n°1.4.1. Qu'est-ce qui peut être Lambertien :
a) la réflexion
c) l'absorption
b) la diffusion
d) la transmission
Question n°1.4.2. Dans quel cas le REM peut être réfracté, lors de :
a) la réflexion
c) l'absorption
b) la diffusion
d) la transmission
Question n°1.4.3. Quel est le comportement commun d'un corps noir et d'un corps gris ?
a) la réflexion
c) l'absorption
b) la diffusion
d) la transmission
NB : les mots suivis de "*" font partie du vocabulaire géographique, donc leur définition doit être connue. Faites-vous un glossaire.