Les images thermiques. Transfert radiatif 1.Émission du rayonnement par les objets 2.Rayonnement secondaire par latmosphère réfléchi par la surface 3.Passage

  • View
    106

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of Les images thermiques. Transfert radiatif 1.Émission du rayonnement par les objets...

  • Page 1
  • Les images thermiques
  • Page 2
  • Transfert radiatif 1.mission du rayonnement par les objets 2.Rayonnement secondaire par latmosphre rflchi par la surface 3.Passage par latmosphre 4.Dtection
  • Page 3
  • 1. mission du RM Tout objet une temprature suprieure au zro absolu met du RM Pour tudier lmission nous avons recours un objet idalis: le corps noir Un corps noir a la proprit dabsorber toute lnergie reue par une source externe et de lmettre lespace ambiant dune faon isotrope
  • Page 4
  • Loi de Planck : exitance spectrale [W m-2 m-1] oc 1 = 3,742 x 10-16 [W m2] c 2 = 1,439 x 10-2 [m K] T = la temprature cintique du corps noir (en K) Loi de Stefan-Boltzman Corps noir une Temprature T (K) Densit du flux total mis: M = T 4 [ W m -2 ] o = la constante de Stefan-Boltzmann=5,669 x 10-8 [W m -2 K -4 ] La loi de dplacement de Wien Longueur donde du pic dmission dun corps noir une Temprature T (K) C = 2898 [m K] 1. mission du corps noir: les lois physiques
  • Page 5
  • Rayonnement mis Rayonnement spectrale mis par divers corps noirs incluant la terre et le soleil. Calculs Loi de Planck Selon la loi de S.-B. T croissant donc M croissant Selon la loi de Wien T croissant donc longueur donde du pic dmission dcroissant
  • Page 6
  • mission vs temprature: exemple Une ampoule teinte [ une temprature ambiante de 27C (300 Kelvin)] nmet pas du rayonnement visible, tandis quune ampoule dont llment est chauff 677C (950 Kelvin) met la plupart de son nergie dans linfrarouge moyen et un tout petit peu dans le visible (lumire rouge). Une ampoule incandescente [2223C (2500 Kelvin)] donne une lumire orange jaune, bien que seulement 10% de son nergie est mis dans le visible, le reste est mis dans linfrarouge, et peru par nous comme de la chaleur
  • Page 7
  • Loi de Wien: exemples o C = 2898 [m K] m un feu de fort 800 K alors pic dmission 2898/800 3,6 m le soleil est 6000 K environ alors pic dmission 2898/5700 0,5 m
  • Page 8
  • 1. mission dun corps noir
  • Page 9
  • 1. mission par les objets terrestres Les objets terrestres ne sont pas de corps noirs; la quantit du rayonnement mis par longueur donde est moindre de celle prescrit par la loi de Planck. Pour dcrire leur mission on introduit une quantit, lmissivit, qui nous indique la diffrence entre lexitance spectrale de lobjet rel et celle du corps noir la mme temprature cintique:
  • Page 10
  • 1. mission par les objets terrestres Lmissivit toujours
  • missaire Baie protger Est que le panache thermique peut causer de dommages la baie? -Mouvement de la mare - Une hausse de la temprature de leau lintrieur de la Baie > 1 0 C nest pas tolrable Mare ascendante Mare basse Mare descendante Mare haute 8:00 h 5:59 h 14:20 h 10:59 h Thermographies prises par le capteur aroport DEADALUS en hiver (deux jours conscutives) Centrale thermique
  • Page 33
  • Pollution thermique des milieux aquatiques Centrale nuclaire Salem sur les rives de Delaware
  • Page 34
  • Applications - Exemple 1: Pollution thermique des milieux aquatiques Image thermique roriente (corrections gomtriques) et mise la mme chelle que limage couleur
  • Page 35
  • Urbanisation Changement de lenvironnement thermique Impermabilisation Matriaux peu rflchissant du rayonnement solaire Couvert vgtal dficient Arnfield J.A., 2003, Two Decades of Urban Climate Research: a Review of Turbulence, Exchanges of Energy and Water, and the Urban Heat Island, International Journal of Climatology, 23: 126
  • Page 36
  • Urbanisation Changement du rgime local des vents Rugosit de surface Canyons urbains
  • Page 37
  • Changements climatiques Changements du rgime local des pluies Orages plus frquents et plus intenses pendant lt + impermabilisation Risques dinondations Pollution: cours deau + nappe phratique Changnon SA., Westcott NE., 2002, Heavy rainstorms in Chicago: increasing frequency, altered impacts, and future implications, Journal of the American Water Resources Association, 38:1467-1475. Diem J.E., 2008, Detecting summer rainfall enhancement within metropolitan Atlanta, Georgia USA, Int. J. Climatol. 28: 129133. Chester A., Gibbons C.J., 1996, Impervious surface coverage, Journal of American Planning Association, 62 (2): 243-258.
  • Page 38
  • LOTS DE CHALEUR URBAINS Les milieux urbains modifient les processus physiques dans la plus basse couche de latmosphre par la cration des lots de chaleur urbains. Dans les villes, les surfaces naturelles sont remplaces par des surfaces artificielles avec des proprits thermiques diffrentes. Souvent ces surfaces ont une plus grande capacit demmagasiner lnergie solaire qui restituent par la suite lair (chaleur sensible) en faisant ainsi monter sa temprature de 2-10 degrs plus haut par rapport aux milieux environnants.
  • Page 39
  • Progression des lots de chaleur avec la minralisation de lespace
  • Page 40
  • tude Biotopes U.deM. + UQAM 10:00
  • Page 41
  • Exemple
  • Page 42
  • Extraits de limage Landsat Carte doccupation du sol RougePIR IRT
  • Page 43
  • 1. On ne fait rien tape 1: valeurs numriques en luminances mesures dans linfrarouge thermique Image utilise
  • Page 44
  • 1. On ne fait rien tape 2: luminances en tempratures apparentes (image utilise dans le labo) Cette quation est une approximation de la loi de Planck qui tient compte du fait que la luminance est mesure dans un intervalle de longueurs dondes (bande spectrale) et non pas dans une seule longueur donde.
  • Page 45
  • 2. Approche empirique tape 1: On va sur le terrain et on mesure la temprature des endroits prcis selon un plan dchantillonnage appropri tape 2: On localise ces endroits sur limage et on extrait la Valeur numrique tape 3: On tabli une relation entre VN et temprature (analyse de rgression) que lon applique par la suite sur lensemble des pixels de limage
  • Page 46
  • 2. Approche empirique Exemple: un dpotoir de neige Extrait ETM+6 rchantillonnes 30 m VN T VN T T = a VN + b
  • Page 47
  • 3. Approche suivie dans le labo Ide gnrale Imagerie thermique tempratures des objets relation intime avec la temprature de lair indication sur les sites potentiels dlots de chaleur Imagerie multispectrale indices de vgtation localiser les surfaces avec un couvert vgtal dficient verdissement contrer les lots de chaleur But du laboratoire prouver que les tempratures de surface sont intimement lies la couverture vgtal
  • Page 48
  • 3. Approche suivie dans le labo tape 1: valeurs numriques en luminances mesures dans linfrarouge thermique Image utilise dans le laboratoire
  • Page 49
  • Valeurs numriques en tempratures tape 2 (optionnelle): luminances en tempratures apparentes
  • Page 50
  • Valeurs numriques en tempratures tape 3: luminances apparentes en luminances au sol Transmittance atmosphrique Luminance atmosphrique Image utilise dans le laboratoire Application dun modle atmosphrique
  • Page 51
  • Valeurs numriques en tempratures tape 4 (optionnelle): luminances au sol en tempratures
  • Page 52
  • Valeurs numriques en tempratures tape 5: luminances au sol en luminance des objets missivit Luminance du ciel Image utilise dans le laboratoire Bande IRT (ETM+6)1.71 Application dun modle atmosphrique
  • Page 53
  • Valeurs numriques en tempratures tape 6: luminances des objets en tempratures des objets
  • Page 54
  • Valeurs numriques en tempratures Comment oprer sans aucune connaissance de lmissivit? Mthodes approximatives
  • Page 55
  • Estimation de lmissivit Mthode 1 classes des matriaux on assigne une valeur par dfaut par classe des matriaux Mthode 2 on calcule lindice de vgtation et on assigne une valeur dmissivit en fonction de lindice de vgtation
  • Page 56
  • Mthode 1: Classification On cherche des sites dentranement pour les classes suivantes: 1) bti avec couvert vgtal dense (ex. Ville Mont-Royal); 2) bti avec couvert vgtal modr; 3) bti avec couvert vgtal faible; 4) surfaces dnudes brillantes (visible); 5) vgtation; 6) eau
  • Page 57
  • Mthode 1: Classification On utilise ces sites pour sparer lespace spectrale (toutes les bandes sauf thermique) en domaines de chaque classe selon les principes du classificateur par distance minimale
  • Page 58
  • Mthode 1: Classification On attribue les valeurs par dfaut pour lmissivit par classe: 1) 0.96; 2) 0.93; 3) 0.91; 4) 0.88; 5) 0.985; 6) 0.97
  • Page 59
  • Mthode 2: indice de vgtation tape 1: valeurs numriques en luminances mesures pour les bandes spectrales du rouge et du PIR
  • Page 60
  • Valeurs numriques en rflectances tape 1: un exemple bande rouge image Landsat utilise au laboratoire
  • Page 61
  • Valeurs numriques en rflectances tape 2: luminances en rflectances apparentes E sol = clairement solaire hors atmosphre Image utilise dans le laboratoire
  • Page 62
  • Valeurs numriques en rflectances tape 3: Rflectances apparentes en rflectances au sol Image utilise dans le laboratoire Rflectance atmosphrique Transmittance

Search related