En plus d’être absorbés ou transmis, les rayonnements électromagnétiques peuvent également être réfléchis ou diffusés par des particules dans l’atmosphère. La diffusion est la redirection de l’énergie électromagnétique par les particules en suspension dans l’atmosphère. Le type et la quantité de diffusion qui se produit dépendent de la taille des particules et de la longueur d’onde de l’énergie. Il existe trois principaux types de diffusion qui ont un impact sur le rayonnement solaire entrant :
- Diffusion de Rayleigh
- Diffusion de Mie
- Diffusion non sélective
Diffusion de Rayleigh
La diffusion de Rayleigh se produit lorsque le rayonnement (lumière) interagit avec des molécules et des particules dans l’atmosphère dont le diamètre est inférieur à la longueur d’onde du rayonnement entrant. Les courtes longueurs d’onde sont plus facilement diffusées que les grandes longueurs d’onde. La lumière à courte longueur d’onde (comme la lumière bleue et la lumière violette visible) est diffusée par de petites particules comme le NO2 et l’O2. Comme la lumière bleue se situe à l’extrémité des longueurs d’onde courtes du spectre visible, elle est plus fortement diffusée dans l’atmosphère que la lumière rouge de plus grande longueur d’onde. La diffusion de Rayleigh est responsable de la couleur bleue du ciel. La diffusion de Rayleigh peut également produire de la brume sur les images. En photographie aérienne, des filtres spéciaux sont utilisés pour filtrer la diffusion de la lumière bleue et réduire la brume. Dans les images numériques, il existe différentes techniques utilisées pour minimiser les impacts de la diffusion de Rayleigh.
Au lever et au coucher du soleil, la lumière solaire entrante parcourt une plus grande distance (longueur du trajet) à travers l’atmosphère. Ce trajet plus long entraîne une diffusion des courtes longueurs d’onde (bleues) qui est si complète que nous ne voyons que les plus grandes longueurs d’onde de la lumière, le rouge et l’orange. En l’absence de particules et de diffusion, le ciel paraîtrait noir.
Source de l’image : Principes de la télédétection (Tempfli et al.)
Diffusion de Mie
Haze à Shanghai, en Chine, dû à la pollution atmosphérique
La diffusion de Mie se produit lorsque la longueur d’onde du rayonnement électromagnétique a une taille similaire à celle des particules atmosphériques. La diffusion de Mie influence généralement les rayonnements allant du proche UV aux parties infrarouges moyennes du spectre. La diffusion de Mie se produit principalement dans les parties inférieures de l’atmosphère, où les particules les plus grosses sont plus abondantes, et domine lorsque le ciel est couvert. Le pollen, la poussière et le smog sont les principales causes de la diffusion de Mie. La diffusion de Mie produit un brouillard général dans les images.
Diffusion non sélective
La diffusion non sélective se produit lorsque le diamètre des particules dans l’atmosphère est beaucoup plus grand que la longueur d’onde du rayonnement. La diffusion non sélective est principalement causée par les gouttelettes d’eau dans l’atmosphère. La diffusion non sélective disperse tous les rayonnements de manière uniforme dans les parties visibles et infrarouges du spectre, d’où le terme non sélectif. Dans les longueurs d’onde visibles, la lumière est diffusée uniformément, d’où l’apparence blanche du brouillard et des nuages. Comme les nuages diffusent toutes les longueurs d’onde de la lumière, cela signifie que les nuages empêchent la plupart de l’énergie d’atteindre la surface de la Terre. Les nuages diffusent toutes les longueurs d’onde de la lumière, ce qui signifie qu’ils empêchent la majeure partie de l’énergie d’atteindre la surface de la Terre. Les nuages projettent également des ombres qui modifient l’illumination et la réflectance relative des caractéristiques de la surface. Cela peut être une limitation majeure de l’imagerie de télédétection.
Image Landsat 8 couverte de nuages de la côte nord (à gauche) et ombres de nuages dans l’imagerie aérienne (à droite)
Impact de l’interaction atmosphérique
En télédétection, il est important de comprendre l’impact de l’atmosphère sur le rayonnement électromagnétique. Tout d’abord, il est crucial de comprendre les fenêtres atmosphériques et de pouvoir identifier si un capteur peut ou non « voir » à travers l’atmosphère dans une portion donnée du spectre. Comme l’atmosphère absorbe et diffuse le rayonnement entrant, nous voulons souvent corriger ces interactions. Ce processus est connu sous le nom de « correction atmosphérique » et constitue une technique de traitement d’image courante.
Pour s’amuser : Coucher de soleil martien
L’atmosphère de Mars est différente de celle de la Terre et présente une quantité importante de particules fines dans l’atmosphère. Cela provoque une diffusion de la lumière différente de celle que nous observons ici sur Terre. La poussière de l’atmosphère martienne permet à la lumière bleue de pénétrer l’atmosphère plus efficacement que la lumière de plus grande longueur d’onde. Ainsi, les couleurs bleues de la lumière mixte provenant du soleil restent plus proches de la partie du ciel où se trouve le soleil, alors que les couleurs jaunes et rouges sont plus largement diffusées. L’effet est plus prononcé à l’approche du coucher du soleil, lorsque la lumière du soleil parcourt un chemin plus long dans l’atmosphère qu’à la mi-journée. Cela produit un coucher de soleil teinté de bleu sur Mars.
Coucher de soleil sur Mars
Source de l’image : NASA/JPL
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