Session 3 : Etat de l’art du couplage et perspectives des hyperfréquences
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GÉNÉRALITÉS SUR LA TÉLÉDÉTECTION RADAR
Lancé en juillet 1991, ERS-1 est le premier satellite radar permettant des acquisitions régulières
de façon opérationnelle. Son prédécesseur, SEASAT, n’a en effet fonctionné que trois mois en
1979. Cette technologie, qui procure une résolution spatiale voisine de celle des capteurs
satellitaires optiques, connaît depuis peu un développement considérable, comme en témoignent
les récents lancements des satellites ERS-2 (européen), JERS-1 (japonais), et RADARSAT
(canadien).
Le principe consiste à capter, non plus le rayonnement solaire réfléchi par une surface
(visible, proche et moyen infrarouge), ni le rayonnement électromagnétique propre des corps
(infrarouge thermique, micro-ondes passives), mais le rayonnement rétrodiffusé par l’illumination
de cette surface dans le domaine des hyperfréquences. Parce qu’ils possèdent leur propre source
d’illumination, les capteurs radar permettent des acquisitions de jour comme de nuit; la gamme
des hyperfréquences utilisées (0.3 - 15 Ghz), qui correspond à une transparence de la vapeur
d’eau, les affranchit d’autre part des perturbations atmosphériques.
Les capteurs radar sont également ceux qui présentent le plus fort potentiel d’estimation de
l’humidité des sols depuis l’espace parce qu’ils permettent une mesure directe des propriétés
diélectriques de la cible, qui sont étroitement liées à la teneur en eau du fait de la disparité des
permittivités diélectriques d’un sol sec, de l’ordre de deux à cinq, et de l’eau, 80 à 20°C (Van de
Griend et Engman, 1985). Le signal rétrodiffusé, cependant, dépend également des
caractéristiques de la visée et du capteur, de l’humidité volumique du couvert végétal et de la
rugosité de la cible, c’est-à-dire son micro-relief (Ulaby et al., 1986).
De nombreuses expérimentations aéroportées ont permis de préciser les configurations les
mieux adaptées à l’estimation de l’humidité superficielle des sols. Aucune cartographie ne semble
cependant pouvoir être obtenue à partir d’un capteur radar simplement configuré, comme le sont
aujourd’hui les capteurs embarqués sur des plates-formes satellitaires qui ne fonctionnent qu’avec
une seule fréquence et polarisation. Même lorsque les sols sont nus, il est en effet logiquement
très difficile de séparer la composante de rugosité du sol de celle de l’humidité à partir d’un seul
coefficient de rétrodiffusion. Aussi, la recherche s’est-elle orientée vers l’utilisation de radars plus
complexes (plusieurs polarisations, fréquences variables, angle d’incidence variable, etc.) afin
d’estimer conjointement l’humidité superficielle des sols et leur rugosité effective (Dubois et Van
Zyl, 1995). Le modèle empirique de Oh et al. (1992), qui utilise des données polarimétriques en
bande L, permet une mesure précise de l’humidité volumique dans les cinq premiers centimètres
du sol lorsque la végétation ne dépasse pas 15 cm (Ulaby et al., 1996).
La télédétection radar semble par conséquent capable de cartographier l’humidité
superficielle des sols sous des couverts suffisamment épars à l’horizon du troisième millénaire
grâce au développement des capteurs multi-configurés (programme EOS, Way et Smith, 1991).
Cette information intéresse bon nombre d’applications agro-climatologiques de par le rôle
privilégié de l’humidité superficielle des sols à l’interface du complexe sol-végétation-atmosphère.
Elle permettrait notamment d’améliorer les techniques d’estimation de l’évapotranspiration réelle
par la déconvolution de la température radiométrique (infrarouge thermique) en ses composantes
sol et végétation, techniques dont la validation est par ailleurs délicate sans la connaissance de la
distribution des humidités sur un bassin (Price, 1980).
En hydrologie de bassin s’ouvre la voie d’une mesure spatiale d’une variable d’état du
système à une échelle compatible avec celle des modèles distribués. Après avoir vérifié comment
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GÉNÉRALITÉS SUR LA TÉLÉDÉTECTION RADAR
Lancé en juillet 1991, ERS-1 est le premier satellite radar permettant des acquisitions régulières
de façon opérationnelle. Son prédécesseur, SEASAT, n’a en effet fonctionné que trois mois en
1979. Cette technologie, qui procure une résolution spatiale voisine de celle des capteurs
satellitaires optiques, connaît depuis peu un développement considérable, comme en témoignent
les récents lancements des satellites ERS-2 (européen), JERS-1 (japonais), et RADARSAT
(canadien).
Le principe consiste à capter, non plus le rayonnement solaire réfléchi par une surface
(visible, proche et moyen infrarouge), ni le rayonnement électromagnétique propre des corps
(infrarouge thermique, micro-ondes passives), mais le rayonnement rétrodiffusé par l’illumination
de cette surface dans le domaine des hyperfréquences. Parce qu’ils possèdent leur propre source
d’illumination, les capteurs radar permettent des acquisitions de jour comme de nuit; la gamme
des hyperfréquences utilisées (0.3 - 15 Ghz), qui correspond à une transparence de la vapeur
d’eau, les affranchit d’autre part des perturbations atmosphériques.
Les capteurs radar sont également ceux qui présentent le plus fort potentiel d’estimation de
l’humidité des sols depuis l’espace parce qu’ils permettent une mesure directe des propriétés
diélectriques de la cible, qui sont étroitement liées à la teneur en eau du fait de la disparité des
permittivités diélectriques d’un sol sec, de l’ordre de deux à cinq, et de l’eau, 80 à 20°C (Van de
Griend et Engman, 1985). Le signal rétrodiffusé, cependant, dépend également des
caractéristiques de la visée et du capteur, de l’humidité volumique du couvert végétal et de la
rugosité de la cible, c’est-à-dire son micro-relief (Ulaby et al., 1986).
De nombreuses expérimentations aéroportées ont permis de préciser les configurations les
mieux adaptées à l’estimation de l’humidité superficielle des sols. Aucune cartographie ne semble
cependant pouvoir être obtenue à partir d’un capteur radar simplement configuré, comme le sont
aujourd’hui les capteurs embarqués sur des plates-formes satellitaires qui ne fonctionnent qu’avec
une seule fréquence et polarisation. Même lorsque les sols sont nus, il est en effet logiquement
très difficile de séparer la composante de rugosité du sol de celle de l’humidité à partir d’un seul
coefficient de rétrodiffusion. Aussi, la recherche s’est-elle orientée vers l’utilisation de radars plus
complexes (plusieurs polarisations, fréquences variables, angle d’incidence variable, etc.) afin
d’estimer conjointement l’humidité superficielle des sols et leur rugosité effective (Dubois et Van
Zyl, 1995). Le modèle empirique de Oh et al. (1992), qui utilise des données polarimétriques en
bande L, permet une mesure précise de l’humidité volumique dans les cinq premiers centimètres
du sol lorsque la végétation ne dépasse pas 15 cm (Ulaby et al., 1996).
La télédétection radar semble par conséquent capable de cartographier l’humidité
superficielle des sols sous des couverts suffisamment épars à l’horizon du troisième millénaire
grâce au développement des capteurs multi-configurés (programme EOS, Way et Smith, 1991).
Cette information intéresse bon nombre d’applications agro-climatologiques de par le rôle
privilégié de l’humidité superficielle des sols à l’interface du complexe sol-végétation-atmosphère.
Elle permettrait notamment d’améliorer les techniques d’estimation de l’évapotranspiration réelle
par la déconvolution de la température radiométrique (infrarouge thermique) en ses composantes
sol et végétation, techniques dont la validation est par ailleurs délicate sans la connaissance de la
distribution des humidités sur un bassin (Price, 1980).
En hydrologie de bassin s’ouvre la voie d’une mesure spatiale d’une variable d’état du
système à une échelle compatible avec celle des modèles distribués. Après avoir vérifié comment