Les effets directionnels dans les images satellite infrarouge thermique
En fonction des directions solaires et d’observation, les instruments dans l’infra-rouge thermique voient des températures différentes. Si le satellite (par exemple TRISHNA) a le soleil dans le dos, il n’observe que les faces éclairées par le soleil, et donc chaudes (on parle de hot-spot), alors que si le soleil est sur le côté, les ombres, plus fraiches, seront visibles. Ces effets de quelques degrés sont difficiles à caractériser, car les températures évoluent très rapidement avec le temps, et sont aussi affectées par l’atmosphère et les turbulences. Quant aux modèles, s’ils confirment l’existence des effets directionnels, ils ne sont pas toujours très réalistes (il faut déterminer la température de chaque élément du couvert végétal), et leur application sur de nombreux types de paysages demande un travail de Titan.
Pour mesurer ces effets directionnels, l’astuce utilisée dans notre article a consisté à chercher des observations satellitaires simultanées sous des angles différents, d’abord entre Ecostress et LANDSAT (mais le champ de vue d’Ecostress est bien inférieur à celui de TRISHNA), puis, sur les conseils du JPL, entre un instrument aéroporté du JPL appelé MASTER, et LANDSAT. Si les observations simultanées sans nuages sont rares (9 en tout), nous avons accès à une grande diversité d’angles d’observation grâce au capteur aéroporté.
Après nettoyage et correction des données, nous avons mesuré des effets allant jusqu’à 4.5 K dans le champ de TRISHNA, lorsque Master s’est approché du hot-spot. Des modèles de variation directionnelle ont pu être ajustés aux données, et utilisés pour en corriger les effets. Une correction ne tenant pas compte du type de végétation permet déjà de réduire les variations de 4.5 à 1.5 K, pour les types de végétation présents en Californie. Malheureusement, il n’existe pas d’autres données de ce type à notre connaissance, et il faudra attendre la présence en orbite de TRISHNA et d’un autre satellite passant à la même heure pour étendre ce jeu de mesures.
Figure : Trois exemples d’observations des différences de températures (Master – Landsat) représentées sur des diagrammes polaires. Pour comprendre ces graphes, imaginez-vous allongés au sol sur le dos, au soleil, les pieds orientés vers le sud (ne vous endormez pas). A 10h30, le soleil, représenté par une étoile, est orienté du côté de votre pied gauche, assez proche de la verticale en juin, plus loin en mars. Les cercles concentriques correspondent à l’écart angulaire à la verticale. Les différences de température sont maximales lorsque les observations s’approchent de la direction solaire. Quand les observations sont réalisées perpendiculairement au soleil (donnée du 19-06-2018), les différences sont plus faibles, et les températures baissent avec l’angle de visée.
Julien Michel, Olivier Hagolle, Simon J. Hook, Jean-Louis Roujean, Philippe Gamet, Quantifying Thermal Infra-Red directional anisotropy using Master and Landsat-8 simultaneous acquisitions, Remote Sensing of Environment, Volume 297, 2023, 113765,ISSN 0034-4257, https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113765.
