Remerciements. Enfin, je veux remercier toutes les personnes qui m ont aidée de près ou de loin pour la réalisation de ce travail.

Transcription

1 Remerciements. Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé au Centre d Etudes Spatiales de la BIOsphère (CESBIO) sous la direction de Monsieur Yann Kerr, directeur du laboratoire. Je le remercie pour m avoir offert la possibilité de travailler dans le cadre du projet SMOS ainsi que pour m avoir fait confiance, encouragée et conseillée, tout en me laissant une grande liberté durant ces six mois. Je tiens à exprimer ma plus vive gratitude à Patricia de Rosnay pour l écoute et les conseils dont elle a su faire preuve. Cela a été un vrai plaisir de partager son bureau durant cette période. Je tiens également à remercier tous mes collègues du Laboratoire, pour leur soutien, leur disponibilité et leur sympathie.je tiens à remercier tout particulièrement Dana Floricioiu, Claire Gruhier et Arnaud Mialon. Enfin, je veux remercier toutes les personnes qui m ont aidée de près ou de loin pour la réalisation de ce travail.

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3 Table des matiéres Chapitre I : Introduction generale...1 I. Organisme d'accueil...1 II. La mission SMOS...1 III. Les objectifs et le déroulement du stage...3 Chapitre II : La radiométrie micro-onde...5 I. Introduction...5 II. Emission thermique...5 III. Polarisation d une onde plane...6 IV. Interaction entre les ondes et une interface plane...7 V. Le transfert radiatif...8 VI. La constante diélectrique du sol...10 VII. Conclusion...11 Chapitre III : Captéurs et données utilisés...13 I. Introduction...13 II. SMOS...14 III. AMSR-E...17 IV. SMMR...18 V. SPOT Vegetation...19 VI. Conclusions...20 Chapitre IV : Traitement des données AMSR-E sur l'afrique...21 I. Localisation et particularités de la zone d'afrique...21 II. Température de brillance, rapport de polarisation, écart type et humidité du sol...23 III. Contenu en eau de la végétation et rapport de polarisation pour certaines zones...30 IV. Evolution de l humidité du sol...32

4 V. Anomalies des temperatures de brillance...35 VI. Conclusions...36 Chapitre V : Modèle de régression à partir des données AMSR-E...37 I. SPOT VEGETATION...37 II. Régression de l'humidité du sol en utilisant les données AMSR-E...42 III. Inversion de l'humidité du sol à partir de coefficients de régression d'amsr-e en utilisant des données SMMR...43 IV. Évolution temporelle de l'humidité du sol (SMMR +AMSR-E)...46 V. Conclusions...47 Chapitre VI : Conclusion générale...49 Bibliographie...51

5 Chapitre I : Introduction generale CHAPITRE I : INTRODUCTION GENERALE I. ORGANISME D'ACCUEIL Créé en 1961, le Centre National d Etudes Spatiales (CNES) est un établissement public à caractère industriel et commercial qui est chargé de proposer au gouvernement la politique spatiale de la France au sein de l Europe et de la mettre en oeuvre. A ce titre, il conçoit les systèmes spatiaux du futur, maîtrise l ensemble des techniques spatiales et garantit à la France l accès autonome à l espace. Ce stage CNES, d une durée de cinq mois s inscrit dans le cadre de la préparation de la mission SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity). Il se déroule dans les locaux du CESBIO (Centre d Etudes Spatiales de la BIOsphère) sous la direction de M. Yann Kerr, ingénieur CNES. Le Centre d'etudes Spatiales de la Biosphère est une unité mixte de recherche UPS (Université Paul Sabatier), CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), CNES et IRD (Institut de Recherche pour le Développement). Les différentes missions de recherche qui y sont menées ont pour objectif de contribuer au progrès des connaissances sur le fonctionnement des surfaces continentales et leurs interactions avec le climat et l'homme, en s'appuyant largement sur des données satellitaires. Il s'agit de développer des modèles non seulement explicatifs, mais aussi capables de fournir des scénarios d'évolution de ces surfaces et de leurs propriétés sous les pressions qu'ils subissent. Organisé scientifiquement en deux équipes thématiques, le CESBIO contribue également au développement et à la promotion des moyens spatiaux en participant à la définition, la mise en oeuvre et à l'exploitation scientifique de missions spatiales. II. LA MISSION SMOS La télédétection est la technique la plus adaptée pour fournir une cartographie globale de l humidité du sol. Bien qu il n y ait pas eu de satellites dédiés à cette tâche, de nombreuses études ont été faites pour estimer l humidité à partir des données existantes. Le principe physique est basé sur l inertie thermique : plus la surface est humide plus son inertie thermique est importante. Cependant, la télédétection dans le spectre du visible ou de l infrarouge est limitée à cause de sa sensibilité aux couverts nuageux [1]. La mission SMOS conduite par l ESA (European Space Agency) a été conçue pour observer l humidité du sol au-dessus des masses continentales de la Terre et la salinité des océans pour une période minimale de trois ans. Cette mission est une réponse aux besoins de la modélisation météorologique et climatique pour laquelle l humidité du sol est une variable encore mal connue face à son implication dans le cycle de l eau et les échanges terre-océan-atmosphère. Un aspect important de cette mission est qu elle mettra en œuvre une nouvelle technique de mesure en adoptant une approche complètement différente dans le domaine de la télédétection. Cette technique sera utilisée sur un nouvel instrument capable d enregistrer en micro-ondes passives à une fréquence de 1.4 GHz (bande L) en bipolarisation et à de multiples angles d observation. 1

6 Chapitre I : Introduction generale Figure 1 : Sensibilité de la température de brillance en fonction de fréquence aux différents paramètres : humidité, biomasse, rugosité, vapeur d'eau et eau liquide [2] Les données micro-ondes des satellites existants (SMMR, SSM/I, AMSR-E) ont fait l objet de nombreuses études pour estimer l humidité du sol [3]. Cependant, ces satellites mesurent à des fréquences supérieures à 5 GHz où l opacité de la végétation est élevée. Les effets de la contribution du couvert végétal, en fonction de son contenu en eau, doivent être corrigés pour estimer l humidité du sol. Ainsi, l estimation de l humidité est optimale dans les zones arides ou semi-arides. Dans la Figure 1 nous pouvons remarquer la sensibilité de l émission micro-ondes aux différents paramètres de surface. Les basses fréquences micro-ondes présentent un maximum de sensibilité à l humidité de surface et un minimum de sensibilité aux phénomènes perturbateurs (biomasse, rugosité de surface, etc.). La fenêtre de 1,400-1,427 GHz de la bande L (0,39-1,55 GHz) est réservée pour des applications radio astronomiques (pas d émission). Outre la sensibilité à la constante diélectrique, la bande L présente aussi d autres avantages par rapport à des fréquences plus élevées : L influence de la végétation sur le signal est plus faible qu aux fréquences plus élevées et le signal est sensible à l humidité du sol jusqu à des biomasses de 5 kg m² ce qui représente 65% de la surface terrestre. A cette fréquence, les nuages sont pratiquement transparents, seuls les nuages précipitants contribuent à l émission proportionnellement à leur contenu en eau résultant en une sensibilité minimale aux phénomènes atmosphériques. La sensibilité à la rugosité de la surface est minimale. 2

7 Chapitre I : Introduction generale III.LES OBJECTIFS ET LE DEROULEMENT DU STAGE Dans le cadre de la préparation de la mission spatiale SMOS, l objectif de ce stage est de suivre le contenu en eau des surfaces terrestres affectées par la sécheresse. Pour bien mener cette étude et bien distinguer les différents aspects de changements climatiques, nous avons exploité des données des capteurs micro-ondes acquises depuis 1978 (SMMR ) jusqu'à nos jours (AMSR-E présent). En évaluant les performances et les limites des données de ces capteurs il sera possible d en déduire quelles pourront être les contributions SMOS pour la mesure de l humidité du sol. Là où AMSR-E ou SMMR donnent de bons résultats SMOS devrait faire encore mieux et permettre d aller plus loin de par la nature multi-angulaire de sa mesure et son domaine spectral plus adapté. Nous avons porté cette étude sur le continent africain en raison de forts contrastes climatiques ainsi que pour l importance de la zone équatoriale dans les échanges terre atmosphère à l échelle globale. Plusieurs étapes ont marqué le déroulement de ce stage. Tout d'abord, nous avons exploité les images du capteur AMSR-E afin de réaliser des cartes à l échelle du continent pour analyser les variations spatio-temporelles de l humidité du sol, de la température de brillance à 6,9 et 10,7 GHz (bande C et X), du contenu en eau de la végétation ainsi que du rapport de polarisation. Puis, nous avons regardé à l'échelle mensuelle et pour certaines zones d'afrique seulement, les changements interannuels de l'humidité du sol, du rapport de polarisation ainsi que du contenu en eau de la végétation. Nous avons comparé ces résultats avec des données météorologiques relevées pour les sites analysés. Durant la seconde partie de ce stage, nous avons testé des modèles de régression afin d'obtenir le mieux adapté aux mesures expérimentales (données satellitaires). Ensuite, la régression a été utilisée pour obtenir l indice de végétation par différence normalisée (NDVI) à partir des données AMSR-E et des données SPOT Vegetation ainsi que l'humidité du sol avec les données AMSR-E. En utilisant les coefficients des régressions obtenus nous avons inversé l'humidité du sol à partir des données de température de brillance enregistrées avec le capteur SMMR. La caractérisation de la région ainsi obtenue permettra de mieux cerner les paramétrisations hydriques et valider ainsi le modèle utilisé dans les algorithmes d'inversion de SMOS. Par conséquent, il sera possible de définir les stratégies de suivi de cette zone pour permettre une meilleure gestion des ressources en eau. 3

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9 Chapitre II : La radiométrie micro-onde CHAPITRE II : LA RADIOMETRIE MICRO-ONDE I. INTRODUCTION Pendant les deux dernières décennies, la télédétection micro-onde s'est transformée en un outil important pour surveiller l'atmosphère et la surface des objets planétaires, avec une considération particulière pour les observations de la planète Terre. Elle est fondée sur l'écart entre les constantes diélectriques du sol et de l'eau, présente l'avantage de ne pas dépendre de l'illumination solaire et d'être peu influencée par les phénomènes atmosphériques. La télédétection micro-onde peut se faire avec des capteurs qui sont habituellement divisés en deux groupes selon leur mode de fonctionnement : les capteurs actifs, ceux qui fournissent leur propre source de radiation et contiennent donc un émetteur et un récepteur et les capteurs passifs qui sont simplement des récepteurs qui mesurent le rayonnement émanant de la scène observée. Les capteurs passifs micro-ondes sont désignés sous le nom de radiomètres et sont préférés pour l'estimation de l'humidité du sol. La radiométrie est la mesure du rayonnement électromagnétique. Un radiomètre micro-onde est un récepteur extrêmement sensible capable de mesurer les niveaux bas du rayonnement microonde. Quand on observe une scène (tel que le terrain) par un radiomètre micro-onde (par son faisceau d'antenne), le rayonnement reçu par l'antenne est partiellement dû à l émission propre de la scène et partiellement dû au rayonnement réfléchi provenant des environnements (tels que l'atmosphère). Par le choix approprié des paramètres du radiomètre (longueur d'onde, polarisation et angle de vue), il est parfois possible d'établir des relations entre l'énergie reçue et les paramètres terrestres ou atmosphériques spécifiques d'intérêt. Dans ce chapitre nous allons présenter les bases physiques de la radiométrie en se basant principalement sur la bibliographie suivante : Microwave Remote Sensing: active and passive, F.Ulaby, R.Moore, A.Fung, Vol. I, II, III Artech House, Delham, MA.1986 Thermal Microwave Radiation Aplication for Remote Sensing,IEEE Electromagnetic Waves Series, London, UK.2006 II. EMISSION THERMIQUE Tout corps à température supérieure à 0 K rayonne de l'énergie électromagnétique, une partie du rayonnement incident sur une surface est absorbée et une partie est réfléchie. Le rayonnement est une conséquence de l'interaction entre les atomes et les molécules dans un matériau. Un corps noir est défini comme un matériau idéal ou toute l'énergie incidente est absorbée. Par équilibre thermodynamique, ce corps idéal émettra sous forme de rayonnement thermique toute l'énergie reçue (loi de Kirchhoff). Il s'agit d'un rayonnement incohérent, uniforme dans toutes les directions de l'espace qui dépend uniquement de la température absolue T (en 5

10 Chapitre II : La radiométrie micro-onde Kelvin) du corps et de la fréquence f considérée. La loi de Planck définit ce rayonnement comme étant l'intensité spécifique I f (appelée luminance spectrale dans le domaine optique ou encore brillance spectrale dans le domaine micro-onde). I f = 2hf c² 3 e 1 ( hf / kt ) 1 (2.1) où h est la constante de Planck ( J), k la constante de Boltzmann ( JK -1 ) et c la vitesse de la lumière ( ms -1 ). La brillance d'un corps noir I bb, pour une largeur de bande Δf et une longueur d onde λ, est: I bb = I f Δf = 2k TΔf λ² (2.2) Les matériaux réels ont des pertes et leur capacité à absorber et à émettre est inférieure à celle d'un corps noir. La brillance d'un corps réel, que l'on appelle aussi corps gris, à une température T, peut être différente suivant la direction de l'espace (θ,φ) et s'exprime par analogie à celle du corps noir: 2k I( θ, φ) = TB ( θ, φ) Δf λ² (2.3) où la température de brillance T B ( θ, φ) est toujours inférieure ou égale à T. T B est la température qu'aurait un corps noir rayonnant la même énergie. On définit ainsi l'émissivité (e) d'un corps: I( θ, φ) TB ( θ, φ) e( θ, φ) = = I T bb (2.4) où l'émissivité vérifie e ( θ, φ) 1. III. POLARISATION D UNE ONDE PLANE Les ondes électromagnétiques se propageant dans un milieu homogène et isotrope sont des ondes transversales, et leurs champs électriques et magnétiques sont dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation. Selon les équations de Maxwell, qui sont un ensemble d'équations qui décrivent la relation entre les champs électriques, les champs magnétiques, la charge électrique et le courant électrique, dans un milieu homogène ( E v = 0 ) et sans source, le champ électrique satisfait: r r δ ² E ² E = με (2.5) δ t² où µ est la perméabilité du milieu et ε sa constante diélectrique. La solution de l équation 2.5 est un champ électrique qui a une dépendance sinusoïdale du temps. Ensuite, la solution se réduit aux deux ondes électromagnétiques qui se propageant dans des directions opposées le long de l'axe z. Leur équation peut s écrire : 6

11 Chapitre II : La radiométrie micro-onde r r E ( z, t) = E0 cos( ωt ± kz) (2.6) Cette équation décrit une onde plane où E 0 est l amplitude d onde, ω est la fréquence angulaire ( ω = 2πf = 2π / T ) et k est le nombre d onde qui est fonction de la longueur d'onde ( k = 2π / λ ). Les ondes planes peuvent se décomposer en deux vecteurs orthogonaux entre eux et orthogonaux à la direction de propagation. En radiométrie, on choisit d'identifier ces composantes comme la polarisation verticale et horizontale. La direction verticale est celle contenue dans le plan perpendiculaire au plan d'incidence ou d'observation et qui contient la direction de propagation, et la polarisation horizontale est parallèle à la surface. Ainsi, h ( z, t) h+ Ev ( z, t) E( z, t) = E v (2.7) La polarisation d'une onde caractérise l'évolution du champ électrique dans ce plan d'onde. Les instruments en général et les radiomètres en particulier ne mesurent pas directement les champs électriques d'une onde mais le flux d'énergie intégré pendant un certain temps. On appelle cette grandeur l'intensité de l'onde I. Cette intensité seule ne donne pas d'information sur l'état de polarisation de l'onde et trois autres quantités doivent être définies. Le vecteur de Stokes est une façon pratique de décrire l'état de polarisation d'une onde et il est défini par: I TBH + TB Q TBH TB = U TB45 TB V TBl TBr V V 45 = 1 2Z < E h + Ev > 2 2 < Eh Ev > 2Re < E > veh 2Im < EvEh > (2.8) où Z 0 = μ / ε est l'impédance du milieu, I représente l'intensité totale de l'onde, Q représente la tendance de l'onde à être polarisée horizontalement (Q>0) ou verticalement (Q<0), U la tendance à être linéairement orientée en +45 ou -45, et V circulairement à droite (V<0) ou circulairement à gauche (V>0). Dans le cas particulier d'une onde cohérente, les composantes du vecteur de Stokes vérifient la relation I=Q²+U²+V². Cependant l'émission d'une surface naturelle est normalement incohérente et alors Q=U=V=0. IV. INTERACTION ENTRE LES ONDES ET UNE INTERFACE PLANE Lorsqu'une onde entre en contact avec une interface plane, l'onde subit des phénomènes de réflexion et de réfraction dus à la discontinuité de la permittivité à l'interface des milieux. Le cas particulier d'une onde incidente sur une surface complètement plane ou spéculaire avec un angle θ 1 est illustré dans la Figure 2. Dans ce cas, les coefficients de réflexion (rapport entre l'amplitude de l'onde incidente et l'onde réfléchie) et transmission peuvent se calculer à l'aide des équations de Fresnel: 7

12 Chapitre II : La radiométrie micro-onde R R T T V H V H n1 cosθ1 n2 = n cosθ + n = n n1 cosθ1 cosθ + n cosθ cosθ 2 cosθ n1 cosθ 2 n2 cosθ1 = n cosθ + n cosθ 2n1 cosθ1 = n cosθ + n cosθ (2.9) où θ 1 est l'angle d'incidence et de réflexion, θ 2 est l'angle de transmission et n 1 et n 2 les indices de réfraction du milieu 1 et 2 respectivement. Figure 2 : Réflexion et transmission d une onde à l interface entre deux milieux. L'angle de transmission θ 2 peut se calculer à partir de l équation de Decartes k2 sinθ 2 = k1 sinθ1, ou k 1 et k 2 sont les vecteurs d onde incidente et réfléchie dans les milieux 1 et 2. V. LE TRANSFERT RADIATIF Une majeure partie de l'énergie reçue par la planète est sous forme de rayonnement électromagnétique solaire. Une fraction de l'énergie solaire incidente est dispersée et absorbée par l atmosphère et le reste est transmis à la surface de la Terre. D ici, une partie est dispersée à l'extérieur et le reste est absorbé. Selon les principes de la thermodynamique, l'absorption de l'énergie électromagnétique par un milieu matériel est une transformation en énergie thermique, qui est accompagnée d'une élévation de la température thermométrique du matériau. Le processus inverse, celui de l'émission thermique, permet de tendre vers un équilibre entre le rayonnement solaire absorbé et le rayonnement émis par la surface de la Terre et son atmosphère. Ces processus 8

13 Chapitre II : La radiométrie micro-onde de transformation sont décrits par la théorie de transfert radiatif. La théorie de transfert radiatif décrit comment la radiation est modifiée en se propageant dans un volume donné avec l'hypothèse d'interactions incohérentes. L'interaction entre la radiation et la matière peut se décrire par deux processus distincts : l'extinction et l'émission. Si le rayonnement qui traverse un milieu réduit son intensité, on a de l'extinction. Si le milieu rajoute de l'énergie on a de l'émission. Normalement, l'interaction consiste en une combinaison de ces deux processus. Les équations de transfert radiatif représentent un bilan d'énergie radiative dans un élément de volume infinitésimal où on prend en compte les effets d'absorption et de diffusion. La perte en énergie par extinction d'un rayonnement d'intensité I est donnée par: di = k Id (2.10) extinction où k e est le coefficient d'extinction du milieu (en Nepers m ) et d r est l épaisseur du milieu. L'extinction peut se produire par diffu sion ou par absorption. Soit: e a s e r -1 k = k + k (2.11) où k a est le coefficient d'absorption et k s est le coefficient de diffusion (en Nepers m -1 ). L'énergie émise par ce volume infinitésimal est: di = ( k J + k J ) d (2.12) emission a a s où J a et J s sont des fonctions sources qui caractérisent respectivement l'émission thermique et l'émission par diffusion. J a est aussi appelée fonction source d'absorption car en condition d'équilibre thermodynamique, l'émission thermique est équivalente à l'absorption. Deux termes caractéristiques du milieu sont définis en fonction des paramètres que nous venons de décrire: l'albédo de simple diffusion (ω) et l'épaisseur optique du milieu (τ). L'albédo de simple diffusion quantifie l'importance de la diffusion par rapport à l'absorption et e st défini commeω = k s / ke. ka k s di emission = ke ( J a + J s ) d r = ke ((1 ω ) J a + ωj s ) d r (2.13) k k L'épaisseur optique du milieu se définit parτ ( r, r ) = k d. e e 1 2 La différence d'intensité du rayonnement traversant un milieu peut s'écrire donc comme la différence entre l'émission et l'extinction: s r2 r1 r e r di = di emission di extinction = keid r ke (( 1 ω) J a + ωj s ) d r = Id τ ((1 ω) J a + ωj s ) dτ (2.14) et ainsi, nous obtenons l'équation différentielle simple: di + I = ( 1 ω) J a + ωj s (2.15) dτ Cette équation est connue comme l'équation de transfert. 9

14 Chapitre II : La radiométrie micro-onde V I. LA CONSTANTE DIELECTRIQUE DU SOL Pour une longueur d'onde donnée, la constante diélectrique du sol est généralement fonction de plusieurs quantités comprenant le contenu d'humidité, la densité du sol, la texture et la composition du sol, la température de sol ainsi que sa salinité. Parmi toutes ces quantités, c'est l'humidité du sol qui influence le plus la constante diélectrique. La constante diélectrique ε d'un matériau est une mesure de sa capacité à se polariser en réponse à un champ électrique. En général, ε est un nombre complexe dont la partie réelle ε' est associée à l'absorption d'énergie et la partie imaginaire ε'' à la dissipation d'énergie. Dans le cas particulier d'un sol humide, la contribution de la partie imaginaire, ε'', est relativement petite et la plupart des études simplifiées considèrent seulement la permittivité (partie réelle) de la constante diélectrique. Étant donné la petite valeur de la constante diélectrique de l'air ( ε a ~1) et des particules solides du sol ( ε s ~ 4) comparée à celle de l'eau ( ε w ~ 80), la constante diélectrique du sol humide dépend très fortement de la quantité d'eau dans le sol. C'est cette dépendance qui est utilisée pour estimer l'humidité du sol [4]. Les modèles diélectriques du sol humide décrivent la relation entre la constante diélectrique du sol ( ε sol ) et son humidité volumique. Le modèle semi-empirique proposé par Dobson [5] est devenu une référence pour estimer ε sol dans le domaine des micro-ondes. Ainsi, la constante diélectrique du sol humide se calcule: ε sol ρ + b α β α 1/ α = 1+ ( ε pa 1 ( SM )( ε fw SM ) (2.22) ρ s où, ρ b est la densité volumique du sol, ρ s est la densité particulaire du sol, SM est l humidité du sol, εpa est la constante diélectrique des particules du sol, ε fw est la constant diélectrique de l eau libre, β est fonction de la texture du sol et α est un paramètre empirique (α=0,65). Figure 3 : La constante diélectrique mesurée en fonction de l humidité du sol volumique pour quatre types de sol à une fréquence de 1,4GHz [5] 10

15 Chapitre II : La radiométrie micro-onde La Figure 3 représente les variations de la constante diélectrique en fonction de l humidité du sol volumique pour une fréquence de 1,4 GHz. Toutes les courbes de ε' soil (partie réelle de la constante diélectrique) ainsi que celles de ε'' soil (partie imaginaire de la constante diélectrique) ont en général la même allure mais elles ont une différente forme en fonction du type de sol. Les effets de la température (T) et de la fréquence de mesure sur les constantes diélectriques des différents constituants du sol sont négligeables dans le sol solide et dans l'air mais ils sont importants dans l'eau. La polarisabilité de l'eau dépend fortement de la fréquence considérée. Aux basses fréquences, l'eau est facilement polarisable. Cependant, à cause des forces qui les relient, les molécules d'eau ne peuvent pas vibrer aussi facilement aux hautes fréquences micro-ondes ce qui fait diminuer ε w aux hautes fréquences. La dépendance de ε w avec la fréquence s'exprime par l'équation de Debye: ε ε 0w w ε w = ε w + (2.23) 1+ jf / f rw où, f est la fréquence, ε 0w est la constan te diélectrique de l'eau pour f << f rw, ε w est la constante diélectrique de l'eau pour f >> f rw, f rw est la fréquence de relaxation de l'eau à ε w = ε 0w / 2 et j est un nombre imaginaire ( j = 1 ). La diffusion des particules contenues dans un milieu est souvent appelée diffusion volumique pour la distinguer de la diffusion à l'interface entre deux milieux différents qui est appelée diffusion surfacique. La diffusion volumique est causée principalement par les discontinuités diélectriques dans le volume considéré qui dépend de la profondeur de pénétration. La profondeur de pénétration δ p dépend de la constante diélectrique du milieu ε et si ε << ε elle peut s'estimer par: λ ε ' δ p (2.24) 2πε '' En réalité, dans la nature, cette formule donne une idée sur la valeur maximale de la profondeur de pénétration d une onde de largeur λ dans un milieu avec une constante diélectrique ε= ε - i ε (ε nombre complexe). VII. CONCLUSION Dans ce chapitre nous avons présenté les bases physiques de la radiométrie qui s'avère être un outil important pour surveiller l'atmosphère et la surface des objets planétaires. La télédétection de l humidité du sol se base sur la grande différence entre la constante diélectrique du sol sec et celle de l eau. 11

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17 CHAPITRE III : CAPTEURS ET DONNEES UTILISES Chapitre III : Captéurs et données utilisés I. INTRODUCTION La quantité d'eau contenue dans le sol de la terre change constamment. La variabilité en humidité du sol est principalement gouvernée par différents taux d'évaporation et de précipitation, de sorte que, par exemple, une sécheresse grave puisse avoir pour conséquence un sol dur et sec, tandis que des inondations et les éboulements peuvent être dus à de très importantes précipitations. Moins évident, peut-être, est le fait que quelques parties des océans de la Terre sont significativement plus salées que d'autres. La variabilité de l'humidité du sol et de la salinité des océans est due à l'échange continu d'eau entre les océans, l'atmosphère et la terre - le cycle de l'eau de la Terre. Il s agit de l un des plus importants processus fonctionnant sur notre planète, il soutient la vie et contrôle notre climat. Malheureusement, le cycle de l eau reste relativement mal compris. Une voie pour mieux comprendre ce cycle est la télédétection à l aide de capteurs embarqués à bord de satellites, dont la configuration des antennes joue un rôle très important. Une antenne peut être définie comme une région de transition entre une onde électromagnétique se propageant dans l'espace libre et une onde guidée se propageant dans une ligne de transmission, ou vice versa. Elle agit en tant que coupleur entre les deux milieux, exécutant la même fonction qu une lentille dans les capteurs optiques. La fonction d'une antenne radiométrique micro-onde est de recevoir l'énergie électromagnétique rayonnée par la scène sous l'observation. L'observation de la Terre à une certaine résolution spatiale se heurtait à des contraintes technologiques. En effet, la résolution angulaire θ d'une antenne dépend de son diamètre D et de sa fréquence λ (θ = λ/d). Ainsi, plus la longueur d'onde observée est grande, plus l'antenne pour avoir une meilleure résolution doit être grande. Les techniques interférometriques ont permis le développement d'antennes à synthèse d'ouverture qui sont parmi les antennes offrant une haute résolution spatiale des données avec des dimensions physiques réalisables. L'instrument ainsi composé, appelé interféromètre, ne fournit pas directement un signal proportionnel à la température de brillance de la scène observée, mais une mesure de la cohérence spatiale de cette scène, à partir de laquelle la température de brillance est calculée. L'interférométrie mesure la différence de phase entre les ondes électromagnétiques provenant des différents récepteurs qui sont séparés d une distance connue. Tant que la différence de phase observée peut être liée aux ondes émises en même temps, l'origine de l onde peut être déterminée. Si la différence est plus grande qu une longueur d onde, l observation de la différence de phase est ambigüe. Le satellite SMOS a été conçu sur la base de cette technique d'interférométrie. Plusieurs satellites ont fait l'objet de nombreuses études pour estimer l'humidité de surface du sol. Parmi eux sont les satellites Nimbus 7, AQUA et SMOS, dont les caractéristiques seront étudiés dans ce chapitre. Comme données complémentaires nous avons utilisé le capteur SPOT Vegetation dont les caractéristiques seront présentées dans ce chapitre. 13

18 Chapitre III : Captéurs et données utilisés II. SMOS Les progrès significatifs en terme de prévisions et de surveillance climatique et météorologique, ainsi que la prévision des évènements extrêmes se fondent sur une meilleure quantification de l'humidité de sol et de la salinité des océans. L'objectif principal de la mission SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), dont le lancement est prévu pour 2008, est de fournir une cartographie de l'humidité du sol et de la salinité des océans en utilisant la radiométrie en bande L[6]. La mission SMOS est menée par l'esa (Agence Spatiale Européenne) avec la collaboration de deux agences nationales : CNES et CDTI (Centre pour le Développement Industriel et Technique). Les segments de vol de SMOS (Figure 4) sont constitués par deux éléments principaux : la plateforme PROTEUS qui sera fournie par le CNES PLM ou instrument MIRAS (Microwave Imaging Radiometer Using Aperture Synthesis), développé par ESA, sera le seul instrument à bord du satellite SMOS [7]. Figure 4 : Instrument SMOS en configuration déployée [8] Comme nous avons vu avant, SMOS a comme objectif de mesurer deux variables, l humidité de sol et la salinité des océans, avec un seul instrument, même si l humidité et la salinité sont deux composants différents dans le système de la Terre. Dans le deuxième chapitre nous avons aussi vu que tout corps émet de l énergie sous forme de radiation électromagnétique qui dépend de l'émissivité (l intensité avec laquelle un corps émet une radiation) et de la température physique. Le principe de la mesure de l humidité du sol et de la salinité des océans avec le même capteur est base sur leur effet sur les propriétés diélectriques des matériaux. 14

19 Chapitre III : Captéurs et données utilisés L'instrument SMOS est un interféromètre à synthèse d'ouverture qui fonctionne en polarisation linéaire duale (polarisation horizontale et verticale) en bande L [9]. Les observations faites à cette fréquence (1.4 GHz) sont moins affectées par la couverture végétale, la température physique et l atmosphère par rapport aux observations faites à d autres fréquences. L'objectif de SMOS est de mesurer les températures de brillance qui peuvent être traduites en paramètres d'humidité du sol et de salinité d océan [10]. La résolution spatiale requise pour le travail en bande L rend inapplicable une rangée radiométrique conventionnelle, due aux limitations de taille de l'antenne. La solution adoptée est l'utilisation de l'interférométrie à synthèse d'ouverture qui fournit les performances exigées en termes de résolution spatiale et de sensibilité. Lorsque le satellite se déplace le long de son chemin orbital tous les pixels sont observés sous tous les angle de vue et une image en deux dimensions est prise toutes les 1.2 seconds [11]. La configuration de SMOS se compose de trois bras avec trois segments chacun composé de 6 unités régulières de réception appelés LICEF. Chaque LICEF est une antenne de réception qui mesure la radiation émise par la Terre dans une bande de MHz. Pour éviter toute perturbation électromagnétique, facteur important pour l instrument SMOS qui est extrêmement sensible, le signal acquis est ensuite transmis à l aide des fibres optiques à une unité centrale de corrélation, qui, en utilisant les techniques interférométriques traite les signaux entre toutes les combinaisons possibles reçues par les paires de récepteurs. L utilisation d une antenne LICEF fournit les meilleures performances en termes de gain, de longueur d onde et donne une bonne différenciation entre les mesures micro-ondes faites en polarisation horizontale et celles faites en polarisation verticale. Les trois bras se joignent dans une partie centrale appelée HUB et qui est composée de quatre LICEFs pour chaque orientation et de trois NIRs (radiomètres d'injection de bruit), un pour chaque orientation (Figure 5). Il y a au total 66 unités LICEF et 3 unités de NIR. Figure 5 : Schématisation du déploiement de l'instrument SMOS avec les antennes de réception LICEF et les radiomètres d injection de bruit NIR L unité NIR (figure 5) fonctionne comme les récepteurs LICEF, son objectif étant de se comporter comme une référence pour les mesures effectuées par l instrument SMOS. Il est composé d un système de contrôle qui contient une antenne, une boucle d'avertissement de NIR et le circuit d'injection de bruit, deux récepteurs de LICEF (LICEF-H et LICEF-V) et de fils pour relier 15

20 ensemble le contrôleur de NIR avec les deux récepteurs de LICEF[12]. Chapitre III : Captéurs et données utilisés Figure 6 : Unité de NIR L instrument SMOS peut opérer en deux modes : polarisation duale et mode polarimétrique. La base est le mode en polarisation duale où les antennes LICEF sont commutées entre les mesures horizontales et verticales. Le mode polarimétrique est utilisé pour acquérir les deux polarisations simultanément. Les antennes LICEF sont sensibles à la température et au vieillissement et donc ils doivent être étalonnées en vol tous les 14 jours pour assurer la bonne qualité des données. L étalonnage de l'antenne n'est pas lié à l étalonnage de l'instrument parce que la similitude entre les éléments de l'antenne sont des erreurs potentielles dans le processus de récupération des données. Les dimensions et la forme de l'antenne doivent être compatibles avec la configuration de l'instrument SMOS, en particulier avec l'espace entre les éléments. Il faut aussi qu'elle soit partie intégrante de la structure du bras et qu'elle permette un alignement approprié pour les vecteurs de polarisation d'antenne pour tous les trois bras de l'instrument (0,120 et -120 ) [13]. A une altitude de 763 kilomètres, l angle de vue de l antenne aura un secteur de presque 3000 kilomètres de diamètre. Cependant, étant donné le principe de mesure d'interférométrie et de la forme en Y de l'antenne, le champ visuel est limité à un secteur de vue de forme hexagonale de 1000 km. Ce secteur correspond aux observations où il n'y a aucune ambiguïté de différence de phase. La position et l'orientation du satellite doivent être bien connues pour la géo location des mesures radiométriques à terre. Ces données sont fournies par la plateforme de satellite en utilisant un récepteur GPS. Par conséquent, le développement de la mission de SMOS nécessite non seulement un processus complexe de construction d'un nouvel instrument, mais exige également du travail à long terme dans le domaine afin d'étudier plus en détail les effets sur le signal. Entre temps, diverses études ont été entreprises pendant la faisabilité et la phase de conception de la mission SMOS. Beaucoup de résultats détaillés ont été obtenus à partir de ces études, améliorant le concept de compréhension de certains mécanismes et faisant la mission SMOS la meilleure pour l'accès à l'information sur l humidité du sol et de salinité des océans. 16

21 Chapitre III : Captéurs et données utilisés III. AMSR-E AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer on EOS), utilisé comme outils d'observation de la Terre, a été développé par l'agence Nationale de Development d'espace du Japan (NASDA) et fourni à la NASA (U.S.National Aeronautics and Space Administration) pour le lancement sur le satellite Aqua[1]. Figure 7 : L instrument AMSR-E L'instrument AMSR-E (Figure 7) est un radiomètre micro-onde passive qui mesure l intensité des radiations émises par la surface terrestre (les températures de brillance) à six fréquences différentes dans une gamme de 6.9 à 89 GHz en polarisations horizontale et verticale. La résolution spatiale sur la surface change d'environ 60 kilomètres à 6.9 GHz jusqu'au 5 kilomètres à 89 GHz [14]. Elle double la résolution spatiale du radiomètre SMMR (Scanning Multichannel Microwave Radiometer) et celle de SSM/I (Special Sensor Microwave/Imager), radiomètres qui ont été lancés auparavant. En outre, AMSR-E combine dans un capteur tous les canaux que SMMR et SSM/I ont eu individuellement. Le satellite AQUA a une orbite héliosynchrone à 705 km d'altitude et avec un passage ascendant à 13h30, heure locale à l équateur (1h30 descendant) il permet quasiment l'enregistrement de deux données par jour. L'instrument AMSR-E utilise un réflecteur parabolique de 1.6 m de diamètre qui focalise le rayonnement micro-onde émis par la Terre dans un réseau de six récepteurs. L'alignement du réseau d'antennes est montré dans la Figure 8. Les réseaux du réflecteur et des antennes sont montés sur un tambour qui contient les radiomètres, le sous-ensemble numérique de données, le sous-ensemble mécanique de balayage et le sous-ensemble de puissance. L'ensemble de réflecteur/alimentation/tambour tourne autour de l'axe du tambour par un ensemble rotatif coaxial. Les données, les commandes, la synchronisation, les signaux électroniques ainsi que la puissance, traversent l'ensemble des réseaux de réflecteurs et des antennes pour arriver à l ensemble tournant à l'aide des anneaux connecteurs. Une charge froide (réflecteur) et une charge chaude (source de hautes températures) sont montées sur un axe de transfert qui ne tourne pas avec le tambour. La charge de réflecteur froid réfléchie la radiation froide du ciel dans l'antenne d'alimentation. Les deux charges servent également de références de calibrage à l'instrument. 17

22 Chapitre III : Captéurs et données utilisés L'instrument AMSR-E tourne sans interruption autour d'un axe parallèle au satellite Aqua à 40 rotations par minute. Il mesure la température de brillance ascendante autour de la trajectoire du satellite sur une bande de 1445 km de largeur. Même si le champ de vue instantané est différent pour chaque chaîne, les mesures sont enregistrées à des intervalles de 10 km (5 km pour les chaînes de 89 GHz). Le réflecteur a été fixé à un angle de 47.4 degrés, qui a comme conséquence un angle d'incidence de la terre de 55. Figure 8 : Alignement du réseau d antennes d AMSR-E Le capteur AMSR-E donne une amélioration significative de la compréhension de la variabilité de l'humidité du sol à l'échelle continentale par rapport aux capteurs précédents et ses données seront utilisées pour cette étude dans les chapitres IV et V. IV. SMMR SMMR (Scanning Multi Channel Microwave Radiometer) est un radiomètre micro-onde qui a été opérationnel sur le satellite Nimbus-7 de la NASA pendant plus de huit années, du 26 octobre 1978 au 20 août 1987, transmettant des données tous les deux jours [15]. SMMR était prévu pour obtenir des paramètres de circulation océaniques tels que les températures de surface de mer, vents de basse altitude, vapeur d'eau et la teneur en eau liquide des nuages en bipolarisation. Les températures de brillance ont été mesurées à cinq fréquences, de 6.6 GHz à 37 GHz et en orbite ascendante (midi local) et descendante (minuit local). Les données (températures de brillance) sont distribuées par le NSIDC (National Snow and Ice Data Center). Le SMMR (Figure 9) est un instrument à dix-canaux fournissant des données polarisées à cinq longueurs d'onde différentes (0.81, 1.36, 1.66, 2.8 et 4.54) en employant six radiomètres. Ceux qui fonctionnent aux quatre plus grandes longueurs d'onde mesurent des polarisations alternatives pendant des balayages successifs de l'antenne ; les autres, à la longueur d'onde la plus courte, fonctionnent sans interruption pour chaque polarisation. Un réflecteur parabolique excentré de 42 degrés focalise la puissance reçue dans une antenne simple couvrant la gamme entière des longueurs d'onde de fonctionnement et fournit les faisceaux coaxiaux d'antenne pour tous les canaux. Le balayage est réalisé en oscillant le réflecteur autour d'un axe coïncident avec l'axe de l'antenne. L'instrument est installé sur le satellite de façon que cet axe soit parallèle à la verticale locale, ayant pour résultat un modèle conique de balayage avec l'angle d'incidence constant sur la surface de la terre près de 50 degrés. 18

23 Chapitre III : Captéurs et données utilisés SMMR a des caractéristiques semblables au capteur AMSR-E. Même si le capteur AMSR-E est plus performant, les données obtenues avec SMMR sont une initiation en ce qui concerne la variabilité de l'humidité du sol. Figure 9 : Schème instrument SMMR V. SPOT VEGETATION Le programme VEGETATION, lancé à l'initiative du CNES, a été développé spécialement pour le suivi de la végétation, notamment pour des applications dans le domaine des productions agricoles, de la foresterie et de la surveillance de l'environnement terrestre à l'échelle mondiale. L'instrument VEGETATION [16] comprend un système imageur dans quatre bandes spectrales: bleu (0,43-0,47 microns), rouge (0,61-0,68 microns), proche infrarouge (0,78-0,89 microns), et moyen infrarouge (1,58-1,75 microns). Le rouge et le proche infrarouge sont particulièrement bien adaptés pour analyser l'activité photosynthétique de la végétation, tandis que le moyen infrarouge est un bon détecteur de l'humidité du sol et de la végétation. Quant au bleu, il est destiné à effectuer des corrections atmosphériques. Dans cette étude nous avons utilisé le produit VGT-S10 du SPOT VEGETATION. Pour calculer l indice de la végétation par différence normalisée (NDVI) nous avons utilisé la relation entre la réfléctance mesurée dans deux bandes spectrales (rouge R et le proche infra - rouge PIR). NDVI R PIR = (3.1.) R + PIR Pour mieux comprendre la signification du NDVI, la Figure 10 représente la réponse spectrale de la réfléctance pour la végétation, pour le sol et pour l'eau : 19

24 Chapitre III : Captéurs et données utilisés Figure 10 : Réfléctance spectrale en fonction de la longueur d onde pour 3 types de surface : sol, végétation et eau [17]. La réflectivité différentielle dans les bandes rouge et proche infrarouge fournit des moyens pour surveiller la densité et la vigueur de la croissance de la végétation verte en utilisant la réflectivité spectrale du rayonnement solaire. Les feuilles vertes ont une plus grande réflectivité en proche infrarouge que dans le visible (cf. Figure 10). Dès qu elles sont malades ou meurent, les feuilles vertes deviennent plus jaune et reflètent beaucoup moins dans la gamme du proche infrarouge. Les nuages, l'eau et la neige ont une réflectivité plus grande dans le visible que dans le proche infrarouge. Le NDVI s'étend typiquement de 0.1 jusqu'à 0.6, avec les valeurs les plus élevées liées à une plus grande densité de végétation. Les valeurs caractéristiques d un sol nu sont proches de zéro tandis que le NDVI pour l eau a des valeurs négatives. Des erreurs dans le calcul de la réfléctance à la surface peuvent apparaître à cause de la dispersion et de l absorption des aérosols, de la diffusion Rayleigh ainsi que des nuages. Ces erreurs entraînent une diminution du NDVI [18]. Les données de NDVI dérivées du produit VGT S-10 SPOT sont structurées dans une composition de 10 jours maximum résultant en une série de trois données par mois. Elles sont enregistrées en 8 bits (RAW), la gamme valide étant de 3 à 255. La valeur nulle de RAW signifie l existence d un pixel qui n a pas de valeur valide dû aux erreurs de mesure et une valeur égale à 2 dénote l existence de l eau. La conversion du RAW en NDVI s effectue à partir de la relation suivante : NDVI = (RAW*0.004) 0.1 (3.2) Dans la suite de notre étude, comme les valeurs de NDVI sont rangées dans une intervalle étroit (0.2 à 0.6), pour une meilleure visualisation cartographique nous avons choisi de travailler directement avec les valeurs RAW(3 255). VI. CONCLUSIONS Dans ce chapitre nous avons présenté les principes de fonctionnement des trois antennes radiométriques AMSR-E, SMOS et SMMR. Ces trois concepts sont le résultat des progrès techniques dans le domaine des antennes micro-ondes. Ces progrès ont permis un bon compromis entre la réussite d'avoir une fine résolution radiométrique et une haute résolution spatiale des données captées. Afin d avoir une image sur les variations de la végétation sur l humidité du sol, nous avons utilisé les données enregistrées par le capteur SPOT Vegetation dont les caractéristiques ont été également présentées dans ce chapitre. Le satellite SMOS est le plus performant mais il ne sera lancé qu en Pour ce travail nous allons utiliser les données déjà existantes de SMMR et AMSR-E. 20

25 Chapitre IV : Traitement des données AMSR-E sur l'afrique CHAPITRE IV : TRAITEMENT DES DONNEES AMSR-E SUR L'AFRIQUE Dans ce chapitre nous allons traiter des images obtenues à partir des données du capteur AMSR-E (voir chapitre 3) afin de mieux comprendre l'évolution ainsi que les variations climatiques qui affectent le continent africain. Dans un premier temps, nous allons apporter quelques informations générales sur l Afrique, puis nous allons présenter des résultats concernant des paramètres tels que la température de brillance, le rapport de polarisation ou encore l humidité du sol et son évolution. Une attention particulière a été accordée à l évolution temporelle du rapport de polarisation ainsi qu au contenu en eau de la végétation dans certaines zones spécifiques d Afrique. En fin de chapitre nous allons aborder les problèmes liés à la température de brillance et leur influence sur les mesures réalisées par satellite. I.LOCALISATION ET PARTICULARITES DE LA ZONE D'AFRIQUE L Afrique est le second continent au monde par sa population et par sa superficie, après l'asie. D une superficie de 30 millions de km² en incluant les îles, l Afrique couvre 6.0 % de la surface terrestre et 20,3 % de la surface des terres émergées [19]. Avec une population de 900 millions d habitants (en 2005) [20], les Africains représentent 14% de la population mondiale. Le continent est bordé par la Mer Méditerranée au nord, le Canal de Suez et la Mer Rouge au nord-est, l'océan Indien au sud-est et l'océan Atlantique à l ouest. L Afrique comprend 46 pays en incluant Madagascar, et 53 en incluant tous les archipels (Figure 11). L Afrique chevauche l équateur et englobe de nombreux climats, il est le seul continent à s étendre des régions tempérées du nord aux zones tempérées du sud. L Afrique est aussi le continent ayant les températures les plus élevées ainsi que des climats variés, où on peut distinguer les régions : avec un climat équatorial, avec des températures moyennes annuelles ayant des variations saisonnières réduites et beaucoup des précipitations, avec un climat subéquatorial, caractérisé par une diminution de la pluviométrie de l'est vers l'ouest, avec un climat tropical sec avec des précipitations extrêmement réduites (entre mm en cumul annuel), avec un climat subtropical, caractérisé par une saison sèche et une saison humide. A cause du manque de précipitations régulières et d irrigation, ainsi que de glaciers ou de systèmes montagneux suffisamment poreux (qui peuvent stocker de l'eau) et perméables (où l'eau circule librement), il n existe pas de moyen de régulation naturelle du climat à l exception des côtes. C'est pour ces raisons climatiques et du manque d eau dans certaines régions que nous avons centré nos études sur cette zone. Dans la plupart des régions du monde, la quantité d'eau actuelle dans le sol est le facteur dominant qui affecte la croissance de plantes. Cependant, la conservation de l'eau dans le sol est cruciale non seulement pour soutenir la production primaire, mais est également intrinsèquement liée à notre temps et climat. L'humidité du sol est une variable principale qui contrôle les échanges d'eau et de l'énergie entre la surface et l'atmosphère par l'évaporation et la transpiration des plantes. 21

26 Chapitre IV : Traitement des données AMSR-E sur l'afrique En conséquence, l'humidité du sol joue un rôle important dans le développement des modèles de climat et de prévisions météorologiques. En général, il existe trois façons pour obtenir des valeurs d'humidité du sol : Des approches locales associées à la gravimétrie, consistant en utilisation de sondes qui permettent d'obtenir des données en continu mais qui ne sont pas représentatives du milieu à plus grande échelle et non cartographiable. L'utilisation des images satellites qui permettent une large couverture continue mais qui n'informent que sur les premiers centimètres (suivant le sol et la longueur d onde) et nécessitent des modèles d'inversion [21]. La modélisation qui peut être utilisée pour prédire dans l'espace et le temps les variations de l humidité du sol mais qui nécessite d'autres paramètres estimés en entrée. La plupart des cartes faites dans ce chapitre seront faites à partir d images satellitaires. Figure 11: Carte de la végétation en AFRIQUE [22]. 22

27 Chapitre IV : Traitement des données AMSR-E sur l'afrique II. TEMPERATURE DE BRILLANCE, RAPPORT DE POLARISATION, ECART TYPE ET HUMIDITE DU SOL II-1.La température de brillance L'approche d'amsr-e pour déterminer l'humidité de sol est basée sur l'inversion de modèles de transfert radiatif micro-onde qui relient les variables géophysiques avec la Température de Brillance observée, TB (cf.chapitre II). TB = e T ph (4.1) Les principales variables géophysiques qui influencent la température de brillance sont l émissivité e et la température physique de la surface du sol T ph (température effective première température intégrée sur une certaine profondeur). Dans le chapitre II nous avons vu que l émissivité, elle aussi, dépend de paramètres comme l'humidité du sol m v [% de m 3 /m 3 ], le contenu en eau de la végétation w c [kg/m²], la rugosité du sol, le type de végétation ainsi que de la texture du sol. Comme nous l avons montré dans le premier chapitre, chacune des bandes spectrales présente une sensibilité spécifique à ces paramètres. Temperature de brillance [K] pol. H pol. V Angle d'incidence [ ] Figure 12: Dépendance de la température de brillance en polarisation horizontale et verticale modélisée en bande L(1.4 GHz) en fonction de l angle d incidence pour une surface de sol couvert par végétation basse [23]. La Figure 12 montre la dépendance de la température de brillance en polarisation horizontale et verticale modelisée en bande L (1.4 GHz) en fonction de l angle d incidence pour une surface de sol couvert par une végétation basse. La modélisation est faite avec le modèle de transfert radiatif τ-ω en bande L [23]. Avec l augmentation de l angle d incidence les températures de brillance aux deux polarisations ont un comportement différent : en polarisation verticale TB V augmente, en polarisation horizontale TB H diminue. La base de données AMSR-E dont nous disposons est composée de deux acquisitions par jour (une orbite ascendante et une descendante) du 18 juin 2002 au 31 octobre Pour minimaliser les effets atmosphériques nous avons utilisé les bandes spectrales du capteur AMSR-E avec les fréquences les plus basses : la bande C (6.9 GHz) et la bande X (10.7 GHz). L angle d incidence des acquisitions AMSR-E est θ=55. Les images d'humidité mensuelle moyenne sont construites à partir des données de températures de brillance journalières enregistrées en orbite 23