POLARIMÉTRIE LASER A 10,6 µm ET MODÉLISATION DE LA RÉFLEXION DIFFUSÉ DES SOLS ET MILIEUX GRANULAIRES

Jihad H. ZALLAT

La télédétection par laser constitue, dans le domaine optique - du proche ultra violet à l’infrarouge thermique – l’équivalent de  la télédétecion “active” en micro-onde, représentée par le RADAR. La télédétection par laser a été au début principalement orientée, et continue d’être fortement orientée, vers les applications atmosphériques: caractérisation  des aérosols, de la composition chimique (ozone), LIDAR différentiel pour la mesure des profils de température et de vapeur d’eau, mesure de l’altitude  de  la base des nuages, mesures du champ de  vitesse  du  vent, etc. On assiste cependant à un accroissement des  études concernant les  milieux  terrestres et marins ( profilométrie, fluoresence  induite  dans  la  végétataion, le plancton, ou les nappes d’hydrocarbures, …)

Aux longueurs d’ondes de l’infrarouge thermique, le laser à gaz carbonique, émettant autour de 10.6 µm, constitue une excellente source pour la télédétection active. Le fait de pouvoir réaliser des laser CO₂ accordables en longueurs d’onde sur un intervalle de l’ordre du micron a conduit à s’intéresser dès le début des années 1980 à des systèmes aéroportés destinés à la recherche minéralogique en s’appuyant sur les signatures spectrales différenciées des roches et minéraux. Un tel dispositif a été récemment développé par le C.S.I.R.O. en Australie. D’autres études récentes concernent les sols et le rôle de la composition et de l’humidité.

Le but de cette thèse est d’initialiser une recherche approfondie sur le sujet, tant sur le plan expérimental que sur le plan théorique. Les principaux objectifs sont donc:

1. La mise en œuvre d’un système de mesures polarimétriques permettant l’acquisition de la matrice de Mueller des milieux à partir de mesures de puissance en configuration bistatique. Cette étape comporte en particulier la réalisation d’un dispositif expérimental nouveau de laboratoire pour des mesures polarimétriques sur des échantillons granulaires maintenus horizontaux
2. Le développement et l’implémentation d’un formalisme mathématique facilitant le traitement du signal et l’exploitation des quantités mesurées. Cette partie comprend notamment la procédure d’étalonnage du dispositif expérimental et l’évaluation des sources d’erreurs, un point particulièrement crucial en polarimétrie.
3. Le développement d’un modèle physique, complètement polarimétrique (vectoriel), qui rende compte de la diffusion de la lumière par les sols et milieux granulaires, et sa confrontation avec les mesures.

Ces objectifs ne constituent qu’une première étape. Il s’agit avant tout d’étudier et de démontrer la faisabilité de telles mesures polarimétriques, et d’en démontrer l’intérêt et le potentiel pour une meilleure compréhension des mécanismes d’interaction électromagnétique. Il faut ajouter que cette technique polarimétrique dans l’infrarouge thermique, si elle est envisagée ici essentiellement dans le contexte d’une application ultérieure à la télédétection des milieux naturels, est susceptible d’applications dans de nombreux autres secteurs où la signature polarimétrique d’un objet peut être un élément important d’identification ou de discrimination .