Vincent GODARD

Département de Géographie

Université de Paris 8


V.1.7 - Dernière mise à jour : 18/02/2022

Fiche Mémo n°1.2. du cours de Télédétection niveau 2 :

Bases physiques

 

 

En télédétection, la connaissance de la nature d'un objet

=> examen de ses propriétés physiques (surtout ses propriétés optiques).

 

1. Processus d'analyse

L'obtention d'une information relative à la nature de la surface terrestre passe par les étapes suivantes :

fig. 1 - Le cheminement de l'information


Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

 

A => source lumineuse (c'est de l'énergie !), produit le rayon incident*

B => interaction entre ce rayon et l'atmosphère

C => réponse de la cible (dépend des propriétés de surface de celle-ci)

D => le capteur* embarqué sur un vecteur* enregistre l'information

E => station de réception au sol qui transforme les ondes radios émises par le satellite en images

F => traitement visuel ou numérique des informations

G => production d'un document

Voilà, en gros, les sept étapes que nous allons étudier !

 

Cette énergie est un REM* => rayonnement électromagnétique

La lumière en est la manifestation visible

- Comment nous parvient-elle ?

 

2. Le rayonnement électromagnétique

2.1. Origine de l'énergie détectée

- Les capteurs sont munis de détecteurs sensibles aux REM

réfléchis*, émis* ou réémis* par la terre et l'atmosphère

- D'où viennent ces REM ?

- du Soleil sous forme de photons : "grains" d'énergie lumineuse

- de la Terre elle même

- mais aussi du capteur !

fig. 2 - Deux sources d'énergie


Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

A => source lumineuse (c'est de l'énergie !), produit le rayon incident*

- Qu'est-ce que ces REM ?

Les REM détectés sont constitués d'énergie se propageant sous forme d'ondes.

Ces ondes sont dites électromagnétiques

c'est lié à leur nature physique

En effet, il existe en tout point de l'espace un double champs :

- électrique E

et

- magnétique M

fig. 3 - Le champ électromagnétique


Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

Les deux champs se déplacent à la vitesse de la lumière (C).

Ce double champ apporte l'énergie lumineuse qui va éclairer la cible.

 

Trois remarques :

- la propagation de cette onde s'effectue de manière rectiligne lorsque le milieu est homogène (approximation courante en télédétection)

- la direction de propagation est perpendiculaire au plan d'onde des 2 champs

- la propagation est une fonction du temps

- Donc deux composantes du REM nous intéressent particulièrement :

- la longueur d'onde ;

- la fréquence.

fig. 4 - Longueur d'onde et fréquence


Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

Longueur d'onde ( ) => longueur d'un cycle d'une onde

distance entre deux crêtes successives d'une onde

est mesurée en mètres ou en l'un de ces sous-multiples tels que :

- nanomètres => nm, 10-9 mètre ;

- micromètres=> m, 10-6 mètre ;

- centimètres => cm, 10-2 mètre.

C'est la longueur de l'onde dans la vide.

Fréquence => nombre d'oscillations par unité de temps.

La fréquence est exprimée en Hertz (Hz), nombre d'oscillations par seconde (ou en multiples de Hertz).

La formule suivante illustre la relation entre la longueur d'onde et la fréquence :

f (Hz) * (km) = C (km/s)

La longueur d'onde et la fréquence sont donc inversement proportionnelles, c'est-à-dire que plus la longueur d'onde est petite, plus la fréquence est élevée, et vice versa !

 

On parle de spectre électromagnétique* pour qualifier l'ensemble des rayonnements.

à chaque rayonnement est associé une longueur d'onde caractéristique !

 

2.2. Le spectre électro-magnétique

- Les ondes électro-magnétiques sont multiples et hiérarchisées dans le spectre électro-magnétique

mais elles sont de même nature

- Le spectre électro-magnétique est continu

depuis les très faibles valeurs : rayons gamma

jusqu'aux très hautes valeurs : ondes radio, télé, etc...

Cette séparation est d'ordre purement technologique

fig. 5 - Longueur d'onde et fréquence


Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

- Les longueurs d'onde se regroupent en domaines comme :

Visible, Proche Infra-Rouge, Rayons X, etc...

Le rayonnement solaire est appelé rayonnement incident*.

- Pour l'observation de la Terre, on s'intéresse aux domaines :

- du visible et du proche infra-rouge (PIR)

mais aussi aux

- moyen infra-rouge (MIR) ;

- infra-rouge thermique (IRTh) ;

- micro-ondes

et

- ultraviolet

- Le visible est donc la partie du spectre que l'on voit (0,4 à 0,7 m )

fig. 6 - Longueur d'onde du visible


Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

Dans ce domaine une variation de longueur d'onde se traduit, pour l’œil, par un changement de couleur.

fig. 7 - Les couleurs du visible


Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

Si croît de 430 nm à 490 nm

on passe du violet au bleu en passant par l'indigo (450 nm)

- La lumière blanche se décompose en passant au travers d'un prisme (ou d'une goutte d'eau) comme suit :

fig. 8 - Les couleurs du visible (en nm)


Source : d'après Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

violet : 400 - 446 nm

bleu : 446 - 500 nm

vert : 500 - 578 nm

jaune : 578 - 592 nm

orange : 592 - 620 nm

rouge : 620 - 700 nm

Le prisme réfracte* la lumière de façon différente selon les longueurs d'onde.

- La couleur d'un objet ne correspond qu'exceptionnellement à une seule longueur d'onde (rayonnement monochromatique) en général :

c'est un mélange de longueurs d'ondes différentes

- L'infrarouge (IR) ne nous est pas directement perceptible

fig. 9 - Les infrarouges


Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

- L'infrarouge est 100 fois plus étendu que le domaine du visible.

Il se divise en 2 partie :

- l'IR réfléchi ;

- l'IR émis (ou IR thermique).

- L'IR réfléchi comprend le :

- proche infrarouge PIR de 0,75 m à 1,5 m

mais également

- moyen infrarouge MIR de 1,5 m à 3 m

- L'IR émis comprend le :

à l'IR thermique IRTh de 3 m à 15 m

C'est de la chaleur émise par la surface de la Terre.

et enfin, l'IR lointain jusqu'à 1 mm.

- Au delà, en télédétection, sont les hyperfréquences* encore appelées micro-ondes (1 mm à 1 m)

fig. 10 - Les hyperfréquences


Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

- En Hyperfréquences, les longueurs d'onde les :

- plus courtes ont des propriétés semblables à celle de l'IRTh ;

- plus longues ressemblent aux ondes radio.

- Pollution des hyperfréquences

Conflit d'usage sur certaines longueurs d'onde : Satellites "aveuglés" par des parasites [sources : Le Monde (08/02/2021)] !


fig. 11 - Interférences entre 5G et hyperfréquences utiles en télédétection

interférence 5G hyperfreq
Source : in Le Monde (08/02/2021)


- Domaine encore peu étudié, l'ultraviolet est avant le visible. Il permet la détection de certaines roches et minéraux qui entrent en fluorescence* ou émettent de la lumière visible quand ils sont illuminés par un rayonnement ultraviolet.

 

fig. 12 - L'ultraviolet


Source : Tutoriel du Centre Canadien de Télédétection

 

 

 

3. Test de compréhension

Communiquez-moi sur la plateforme Moodle, à la rubrique travaux, les réponses aux questions suivantes :

 

Question n°1.2.1. Laquelle ou lesquelles de ces phrases sont exactes :

a) Plus la longueur d'onde est petite, plus la fréquence est haute.

c) La propagation du REM est rectiligne dans l'atmosphère

b) Plus la longueur d'onde est petite, plus la fréquence est basse.

d) Les longueurs d'onde du visible sont plus courtes que celles de l'infra rouge

Question n°1.2.2. Laquelle de ces quatre "longueurs d'onde" est la plus longue :

a) le PIR

c) l'ultraviolet

b) le MIR

d) le visible

 

 

 

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NB : les mots suivis de "*" font partie du vocabulaire géographique, donc leur définition doit être connue. Faites-vous un glossaire.