Les interactions avec l’environnement

Dans le contexte de l’observation de la Terre, le rayonnement solaire interagit avec l’environnement atmosphérique avant d’atteindre la cible terrestre, avec la surface terrestre environnant cette dernière, et une fois de plus avec l’atmosphère avant d’atteindre le capteur [étape 2a] (Desjardins, 2000 ; de Joinville, 2011 ; OQLF, 2006a).

Tout d’abord, le rayonnement traverse le vide de l’espace (~150 000 000 km) sans être modifié de manière importante, et il parvient à l’atmosphère (Campbell*, 2007). L’atmosphère est constituée de quatre couches concentriques gazeuses dont 97 % sont retenus dans les 30 km bordant la surface terrestre. Deux zones thermiques sont inclues dans cette distance : la troposphère adjacente à la terre et où surviennent les phénomènes météorologiques, puis, une partie de la stratosphère dans laquelle se situe la couche d’ozone (Stanford, 1993 ; Leroy, 2004 ; Mayer, 2014). L’atmosphère se termine avec une cinquième couche : l’exosphère (~500 à 10 000 km de la Terre), où l’air se raréfie en rencontrant l’espace. C’est dans cette couche que gravitent les satellites artificiels utilisés en télédétection (Larousse, 2016a,b,c). Pendant son passage dans la couche non uniforme qu’est l’atmosphère, le RÉM interagit de manière différentielle en fonction de la nature des rayons et de celle des gaz, des poussières et de l’eau qui y sont présents (p. ex. en changeant de direction, en retournant vers l’espace, ou en transférant de la chaleur lorsqu’il est absorbé par la matière).

L’interaction des rayons avec la Terre varie ensuite selon le type de surface rencontrée (la matière et le relief), alors que le sol absorbe une part importante de cette énergie qu’il émettra ensuite principalement sous forme de rayonnement thermique. Cela fait appel aux notions de chaleur, de corps noir, d’émissivitéRapport du rayonnement émis par une surface au rayonnement émis par un corps noir parfait porté à la même température. et de température. Le rayonnement thermique d’un objet, soit sa propre émission de RÉM sous forme de chaleur, dépend de sa température et de son émissivité (Bianchi et al., 2004 ; BNQ, 2013 ; CTB, 1981 ; Desjardins, 2000 ; Larousse 1971, 2016d, 2017a,b,c ; OQLF, 1985, 1987, 1990a,b, 1992, 2006b ; UVED, 2008). Plus sa température augmente, plus il émet de RÉM. Cette température est influencée par le transfert de chaleur accompagnant l’absorption des rayons solaires par l’objet. Le corps idéal absorbe tous les rayons qu’il reçoit et il porte le nom de corps noir. L’émissivitéRapport du rayonnement émis par une surface au rayonnement émis par un corps noir parfait porté à la même température. d’un objet se définit ensuite comme étant son émission de RÉM à une certaine température par rapport à l’émission d’un corps noir de même température. Un corps noir a donc une émissivité égale à 1. Connaissant l’émissivité du corps noir aux températures terrestres, l’intérêt du rayonnement thermique est généralement d’obtenir la température des corps terrestres à distance. Par opposition à ce phénomène, les rayons qui ne sont pas absorbés (ni transmis) par les objets sont réfléchis. La part de réflexion des rayons par un objet sur la totalité des rayons reçus définit un autre concept fondamental à l’observation de la Terre à distance – la réflectance des objets. Ainsi, si « dans le domaine thermique, la réflectance est égale à 1 moins l’émissivité », celle d’un corps noir est égale à 0 (Bonn et Rochon, 1992). En outre, à première vue, la réflectance des objets est en accord avec la couleur perçue par l’œil humain, d’où l’absence de couleur pour un corps ne réfléchissant aucun rayon ou corps noir, et la couleur blanche d’un corps, qui au contraire, réfléchit tous les rayons. La vision humaine n’étant sensible qu’aux trois couleurs fondamentales du RÉM ou à leur combinaison (le rouge, le vert et le bleu), cette concordance ne concerne toutefois que la lumière visible du spectre (Bonn et Rochon, 1992 ; Caloz et Collet, 2001 ; Larousse, 2016e,f,g ; UVED, 2006, 2008). Le vert perçu comme étant la couleur d’une plante résulte bien de sa réflectance, cette plante ayant absorbé le rouge et le bleu de la lumière reçue n’a en fait réfléchi que le vert, qui apparaît alors comme étant sa couleur. Mais encore, puisque la réflectance comprend la part réfléchie de tous les rayons reçus par l’objet, elle comprend également certaines régions non visibles du spectre. Les plantes sont notamment connues pour leur réflectance distinctive dans la portion réfléchie de l’infrarouge. Ainsi, dépendamment de la matière rencontrée par le RÉM à la surface de la Terre, une signature unique de réflectance se dégage pour chaque objet parmi le spectre réfléchi (à travers les différentes régions), d’où l’intérêt en télédétection pour cette signature spectrale (BELSPO, 2016 ; Butler et al., 1992 ; CCCOT, 2008 ; Desjardins, 2000 ; Leroy, 2004 ; Liew, 1997 ; Meaden et Kapetsky, 1991 ; NASA, 2016 ; OQLF, 2006c ; UVED, 2008). Sur la base de caractéristiques spectrales d’un objet ou leur combinaison, elle sert à discriminer les objets les uns des autres à la surface terrestre et à les identifier par application thématique environnementale (les végétaux, les points d’eau, les sols, les roches et minéraux, etc.). En outre, ces applications peuvent elles-mêmes porter vers des applications beaucoup plus fines à l’intérieur d’une même thématique, par exemple en permettant de distinguer différentes espèces végétales (retour à l’exemple de la figure 1). Quoique pour la plupart des objets terrestres ce soit généralement la réflectance dans le spectre réfléchi qui assure leur distinction, cette notion de signature peut entre autres s’étendre à la variation spectrale de l’émissivitéRapport du rayonnement émis par une surface au rayonnement émis par un corps noir parfait porté à la même température. des objets terrestres à travers le spectre émis. Les courbes d’émissivité servent notamment à discriminer les différents types de minéraux ayant des « pics renversés », soit des valeurs minimales localisées, qui sont caractéristiques de leur composition en silicates et en carbonates (Bonn et Rochon, 1992).

La fraction du RÉM réussissant à se propager jusqu’au capteur de télédétection peut donc provenir de la réflexion du RÉM incident ou de l’émission de RÉM à la surface terrestre. Cette fenêtre de rayonnement ou fenêtre de transmission atmosphérique représente en fait la fraction transmise du RÉM à travers l’atmosphère jusqu’au capteur, ou autrement dit, la portion utilisable de RÉM pour étudier les phénomènes à la surface de la Terre (CILF, 1978 ; OMM, 2011). Lorsque des images issues de la télédétection sont acquises, la compréhension des interactions atmosphériques qui modulent cette fenêtre devient donc primordiale pour adopter les méthodes adéquates de traitement [pré-traitement] et d’interprétation d’images. Plusieurs concepts de base expliquent le comportement du RÉM dans l’environnement terrestre et atmosphérique – émission, propagation, transmission, diffusionProcessus par lequel une onde ou un faisceau de particules est diffusé ou dévié par suite de collisions avec les particules du milieu qu'il traverse. , polarisation, réfraction, réflexion et absorption (Bonn et Rochon, 1992 ; Butler et al., 1992 ; CCCOT, 2008 ; CIE, 1987 ; Desjardins, 2000 ; Larousse, 2016h,i,j,k ; Leroy, 2004 ; Liew, 1997 ; OQLF, 1990b, 1993 ; Meaden et Kapetsky, 1991 ; NASA, 2016 ; Schetagne, 1983 ; UVED, 2008). De telles interactions environnementales peuvent être rencontrées autant dans le cas des capteurs passifs [étape 2a] que dans celui des capteurs actifs [étape 2b]. Des particularités inhérentes aux différentes longueurs d’ondes et à l’utilisation du RÉM réfléchi ou émis du spectre seront par ailleurs abordées lors de l’interprétation de l’image.

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