Interactions rayonnement-cible

Le
rayonnement qui n'est pas absorbé ou diffusé dans
l'atmosphère peut atteindre et interagir avec la surface de
la Terre. Lorsque l'énergie atteint la cible, la surface
peut absorber (A) l'énergie, la transmettre
(T) ou réfléchir
(R) l'énergie incidente. L'énergie
incidente totale interagira avec la surface selon l'une ou l'autre
de ces trois modes d'interaction ou selon leur combinaison. La
proportion de chaque interaction dépendra de la longueur
d'onde de l'énergie, ainsi que de la nature et des
conditions de la surface.

L'absorption (A) se produit lorsque l'énergie du
rayonnement est absorbée par la cible, la transmission (B)
lorsque l'énergie du rayonnement passe à travers la
cible et la réflexion (C) lorsque la cible redirige
l'énergie du rayonnement. 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.

Une
surface lisse produit une réflexion spéculaire,
c'est-à-dire que toute l'énergie est redirigée
dans une même direction (comme c'est le cas d'un miroir). La réflexion diffuse se produit quand la
surface est rugueuse, ce qui redirige l'énergie
uniformément dans toutes les directions. La plupart des
objets de la surface terrestre se situent entre ces deux
extrêmes. La façon dont une cible
réfléchit le rayonnement dépend de l'amplitude
de la rugosité de la surface par rapport à la
longueur d'onde du rayonnement incident. Si la longueur d'onde du
rayonnement est beaucoup plus petite que la rugosité de la
surface ou que la grosseur des particules qui composent la surface,
la réflexion diffuse domine. Par exemple, un sable fin
paraît uniforme aux rayonnements à grandes longueurs
d'onde, mais rugueux aux longueurs d'onde visibles.

Examinons quelques exemples de cibles de la surface de la Terre
et voyons comment l'énergie aux longueurs d'onde visible et
infrarouge interagit avec celles-ci.

Les
feuilles : la chlorophylle, une molécule que nous
retrouvons à l'intérieur des feuilles, absorbe
fortement le rayonnement aux longueurs d'onde du rouge et du bleu,
mais réfléchit le vert. Les feuilles, qui contiennent
un maximum de chlorophylle en été, sont donc plus
vertes pendant cette saison. En automne, les feuilles qui
contiennent alors moins de chlorophylle, absorbent moins de rouge,
et paraissent donc rouges ou jaunes (le jaune est une combinaison
des longueurs d'onde du vert et du rouge). La structure interne des
feuilles en santé agit comme un excellent réflecteur
diffus pour les longueurs d'onde de l'infrarouge. Si nos yeux
pouvaient percevoir l'infrarouge, les feuilles paraîtraient
très éclatantes sous ces longueurs d'onde. Les
scientifiques utilisent d'ailleurs l'infrarouge pour
déterminer l'état de santé de la
végétation.

L'eau : l'eau absorbe davantage les grandes
longueurs d'onde du rayonnement visible et du proche infrarouge.
Ainsi, l'eau paraît généralement bleue ou
bleu-vert car elle réfléchit davantage les petites
longueurs d'onde, elle paraît encore plus foncée si
elle est observée sous les longueurs d'onde du rouge ou du
proche infrarouge. Lorsque les couches supérieures de l'eau
contiennent des sédiments en suspension, la transmission
diminue, la réflexion augmente et l'eau paraît plus
brillante. La couleur de l'eau se déplacera
légèrement vers les plus grandes longueurs d'onde.
Nous confondons parfois l'eau qui contient des sédiments en
suspension avec l'eau peu profonde et claire, car ces deux
phénomènes paraissent très semblables. La
chlorophylle dans les algues absorbe plus de bleu et
réfléchit plus de vert. L'eau paraît donc plus
verte quand elle contient des algues. L'état de la surface
de l'eau (rugueuse, lisse, vagues, débris flottants, etc.)
peut aussi susciter des problèmes dans
l'interprétation à cause de la réflexion
spéculaire et des autres influences sur la couleur et la
brillance.

Ces exemples démontrent que nous observons des
réponses très différentes aux
mécanismes d'absorption, de transmission et de
réflexion selon la composition de la cible et la longueur
d'onde du rayonnement qui lui est propre. En mesurant
l'énergie réfléchie ou émise par la
cible avec une variété de longueurs d'onde, nous
pouvons construire la signature spectrale pour un objet. En
comparant les signatures de différents objets, nous pouvons
les distinguer les uns des autres, alors que nous ne pourrions
peut-être pas les distinguer si nous les comparions seulement
avec une longueur d'onde.

Par exemple, l'eau et la végétation peuvent avoir
une signature spectrale similaire aux longueurs d'onde visibles,
mais sont presque toujours différenciables dans
l'infrarouge. Les signatures spectrales peuvent être
très variables pour la même sorte de cible et peuvent
aussi varier dans le temps et dans l'espace. Pour
interpréter correctement l'interaction du rayonnement
électromagnétique avec la surface, il est important
de savoir où regarder dans le spectre et de comprendre les
facteurs qui influencent la signature spectrale de la cible.

« Voilà matière à réflexion...
»

... Les couleurs que nous percevons sont une combinaison des
interactions du rayonnement (absorption, transmission et
réflexion) et représentent les longueurs d'onde
reflétées. Si toutes les longueurs d'onde visibles
sont reflétées par un objet, celui-ci paraît
blanc, tandis qu'un objet qui absorbe toutes les longueurs d'onde
visibles paraît sans couleurs (ou noir).

Par une nuit claire, quand la lune est en croissant, il est
possible de voir le profil et même quelques détails de
la partie ombragée de la lune. D'où la lumière
qui éclaire la partie ombragée de la lune peut-elle
bien venir?  La réponse
est....

La lumière vient du soleil (bien sûr), elle frappe
la Terre, rebondit sur le côté ombragé de la
lune et revient jusqu'à vos yeux. Un long parcours, n'est-ce
pas?