D1 Télédétection satellitaire du système climatique

Topique

La télédétection satellitaire est l'une des pierres angulaires de l'observation du système climatique global. Les satellites enregistrent le rayonnement électromagnétique émis ou réfléchi par la Terre dans différentes bandes spectrales et, à partir de ces mesures, permettent de déduire des variables telles que la température, la composition atmosphérique, l'étendue des glaces, l'humidité et l'activité de la végétation. Ces propriétés ne sont pas observées directement : elles sont calculées à partir de la relation physique entre chaque variable et le rayonnement enregistré par les capteurs. Le principal avantage de cette méthode est qu'elle fournit des observations répétées avec une couverture quasi planétaire.

Une application fondamentale est la mesure du bilan énergétique de la Terre. Des instruments spécialisés observent à la fois le rayonnement solaire réfléchi vers l'espace et le rayonnement thermique de grande longueur d'onde émis par la planète. La comparaison de l'énergie solaire absorbée avec l'énergie thermique émise permet de déterminer le déséquilibre énergétique de la Terre. Lorsque le système climatique absorbe plus d'énergie qu'il n'en rejette dans l'espace, il existe un déséquilibre positif, actuellement proche de 0,87 W/m² selon la valeur considérée dans ces observations. L'énergie excédentaire reste dans le système climatique et constitue la base physique de son réchauffement.

Les satellites nous permettent également d'étudier la température grâce à la température de brillance. Les radiomètres mesurent la radiance dans des bandes spectrales spécifiques, et cette mesure est convertie en la température qu'aurait un corps noir émettant la même radiance. Les radiomètres micro-ondes utilisent différents canaux, chacun présentant une sensibilité variable aux différentes couches de l'atmosphère. L'absorption et l'émission des micro-ondes dépendant de la fréquence et des propriétés atmosphériques, il est possible d'obtenir des informations différenciées sur la surface, la troposphère et la stratosphère. On reconstitue ainsi l'évolution thermique des différentes régions verticales de l'atmosphère.

Une autre application est l'observation des glaces marines et continentales. Les radiomètres micro-ondes passifs exploitent les différences d'émission entre la glace et l'eau liquide pour identifier les surfaces recouvertes de glace et déterminer leur étendue. Cette technique permet des observations fréquentes, même en cas de faible luminosité. Cependant, la simple connaissance de la présence ou de l'étendue de la glace ne suffit pas à déterminer son volume. Pour étudier l'épaisseur de la glace et les variations d'altitude, on utilise d'autres instruments, tels que les altimètres laser, capables de mesurer précisément la hauteur de la surface. La combinaison de différents capteurs permet ainsi de caractériser à la fois la distribution spatiale et l'évolution physique des masses de glace.

La végétation peut également être observée grâce à ses propriétés spectrales. La chlorophylle absorbe intensément le rayonnement dans le rouge, tandis que la structure interne des feuilles réfléchit fortement dans le proche infrarouge. Cette différence permet de construire des indices de végétation à partir de la réflectance mesurée dans les deux bandes spectrales. Une végétation plus dense et plus active présente généralement un contraste plus marqué entre le proche infrarouge et le rouge ; ces indices permettent donc de suivre les variations du couvert végétal et de l'activité végétale à grande échelle spatiale et temporelle.

L'observation du bilan énergétique, de la température atmosphérique, des masses de glace et de la végétation utilise différents instruments et bandes spectrales, mais repose sur le même principe : mesurer le rayonnement électromagnétique et le convertir, grâce à des relations physiques et des algorithmes de traitement, en informations sur l'état du système climatique. Cette capacité à observer de manière répétée de vastes zones de la planète signifie que la télédétection satellitaire complète les mesures effectuées au sol et offre une vision globale impossible à obtenir uniquement par des stations terrestres.

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