Différentes caractéristiques de surface réfléchissent et absorbent le rayonnement électromagnétique du soleil de différentes manières. Les propriétés de réflectance d’un objet dépendent du matériau et de son état physique et chimique, de la rugosité de surface ainsi que de l’angle de la lumière du soleil. La réflectance d’un matériau varie également avec la longueur d’onde de l’énergie électromagnétique. La quantité de réflectance d’une surface peut être mesurée en fonction de la longueur d’onde, on parle de réflectance spectrale. La réflectance spectrale est une mesure de la quantité d’énergie (en pourcentage) réfléchie par une surface à une longueur d’onde spécifique. De nombreuses surfaces reflètent différentes quantités d’énergie dans différentes parties du spectre. Ces différences de réflectance permettent d’identifier différentes caractéristiques ou matériaux de surface de la terre en analysant leurs signatures de réflectance spectrale. Les courbes de réflectance spectrale représentent la réflectance (en pourcentage) des objets en fonction des longueurs d’onde.

Réflectance spectrale des caractéristiques de la surface de la Terre

Végétation

En général, une végétation saine est un très bon absorbeur d’énergie électromagnétique dans la région visible. La chlorophylle absorbe fortement la lumière aux longueurs d’onde autour de 0,45 (bleu) et 0,67 µm (rouge) et réfléchit fortement en lumière verte, donc nos yeux perçoivent une végétation saine comme verte. Les plantes saines ont une réflectance élevée dans le proche infrarouge entre 0,7 et 1,3 µm. Cela est principalement dû à la structure interne saine des feuilles des plantes. Comme cette structure interne varie d’une espèce végétale à l’autre, les longueurs d’onde du proche infrarouge peuvent être utilisées pour discriminer différentes espèces végétales.

Eau

À l’état liquide, l’eau a une réflectance relativement faible, l’eau claire ayant la plus grande réflectance dans la partie bleue de la partie visible du spectre. L’eau a une absorption élevée et pratiquement aucune réflectance dans la gamme de longueurs d’onde proche infrarouge et au-delà. L’eau trouble a une réflectance plus élevée dans la région visible que l’eau claire. Cela est également vrai pour les eaux contenant de fortes concentrations de chlorophylle.

Glace et neige

La glace et la neige ont généralement une réflectance élevée sur toutes les longueurs d’onde visibles, d’où leur aspect blanc brillant. La réflectance diminue dans la partie proche infrarouge et il y a une très faible réflectance dans le SWIR (infrarouge à ondes courtes). La faible réflexion de la glace et de la neige dans le TOURBILLON est liée à leur teneur en eau liquide microscopique. La réflectance diffère pour la neige et la glace en fonction de la composition réelle du matériau, y compris les impuretés et la taille des grains.

Courbes de réflectance spectrale de la glace de glacier nue, de la neige à gros grains et de la neige à grain fin. Les bandes spectrales des capteurs sélectionnés sur les satellites en orbite terrestre sont affichées en gris. Les numéros dans les cases grises se réfèrent aux numéros de bande associés à chaque capteur. Crédit d’image: USGS

Sol

Le sol nu a généralement une réflectance croissante, avec une plus grande réflectance dans le proche infrarouge et l’infrarouge à ondes courtes. Certains des facteurs affectant la réflectance du sol sont:

• Teneur en humidité
• Texture du sol (proportion de sable, de limon et d’argile)
• Rugosité de surface
• Présence d’oxyde de fer
• Teneur en matière organique

Mesure de la réflectance spectrale

Il existe de nombreuses façons différentes d’enregistrer le motif de réflectance spectrale d’un objet ou d’une surface.Les mesures de réflectance peuvent être effectuées en laboratoire, sur le terrain à l’aide d’un spectromètre de terrain ou capturées par d’autres capteurs à distance, y compris ceux montés sur avion et par satellite.

Collection de mesures de réflectance spectrale de champ pour la bibliothèque spectrale USGS. Crédit image : USGS

Le niveau de détail de la courbe de réflectance (nombre de points de données collectés) dépend de la résolution spectrale du capteur. Les spectromètres de laboratoire et de terrain collectent généralement des centaines de points de données, mesurant le pourcentage de réflectance d’un matériau à des centaines de longueurs d’onde. Le Landsat 8 OLI (Operational Land Imager) mesure uniquement la réflectance à neuf bandes différentes (ou longueurs d’onde spécifiques) entre 400 et 2500 nanomètres, tandis que des capteurs hyperspectraux avancés comme le Spectromètre d’imagerie Visible / Infrarouge aéroporté (AVIRIS) mesurent 224 bandes dans la même gamme de longueurs d’onde.

Comparaison des courbes de réflectance spectrale pour l’alunite à partir de quatre capteurs (Landsat TM, MODIS, AVIRIS et capteur de laboratoire) avec différentes résolutions spectrales. Crédit d’Image: USGS

Dans l’image ci-dessus, le mappeur thématique Landsat (TM) n’a que six bandes dans le spectre visible à l’infrarouge à ondes courtes, ce qui n’est pas une résolution suffisante pour détecter les absorptions typiques des minéraux. AVIRIS, cependant, a une gamme spectrale et une résolution suffisantes pour résoudre de nombreuses bandes d’absorption communes trouvées dans une grande variété de minéraux et d’autres composés.

Bibliothèque spectrale numérique de l’U.S. Geological Survey

L’objectif des États-Unis. La bibliothèque spectrale du Geological Survey (USGS) fournit des spectres de référence des minéraux et autres matériaux qui pourraient être rencontrés dans la nature et qui doivent être distingués dans les données de télédétection. La bibliothèque spectrale est incluse en tant que bibliothèque de référence clé dans les progiciels commerciaux de traitement d’images spectrales, y compris ENVI.

Explorez la Bibliothèque spectrale de l’USGS « 

Graphique interactif de réflectance spectrale

Utilisez le graphique interactif ci-dessous pour examiner les profils spectraux des matériaux de surface communs. Données de la Bibliothèque spectrale USGS.

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