Mesure de la
température : rayonnement thermique des corps
L'évaluation de température à distance (notamment les
mesures effectuées depuis les satellites d'observation de la Terre) repose sur
l'utilisation du rayonnement propre émis par les corps. Le plus fréquemment, le corps
émetteur est idéalisé et assimilé à un "corps noir" : le rayonnement émis
ne dépend que de la température. Son spectre est donné par la loi de Planck, la
longueur d'onde correspondant au maximum d'émission par la loi de Wien et l'énergie
totale rayonnée par la loi de stefan.
La terre se comporte sensiblement comme un corps noir à 15
°C en moyenne (soit un peu moins de 300 K), alors que la température de surface du
soleil est d'environ 6000 K. Le rayonnement propre du soleil et celui de la Terre,
modélisés par des corps noirs à 6000 K et 300 K respectivement, sont ainsi situés,
selon la loi de Planck, dans des domaines spectraux différents, et il est aisé de
séparer le rayonnement provenant de chacun.
Les courbes ci dessous donnent le spectre du rayonnement émis par la Terre (à 300 K
environ) et celui du rayonnement solaire réfléchi (le soleil se comporte sensiblement
comme un corps noir à 6000 K)
selon le cédérom "Images satellitales"
Pour des longueurs d'onde voisines de 10 micromètres, la
Terre est ainsi pratiquement le seul corps qui émet le rayonnement. L'énergie rayonnée
par une zone terrestre est ainsi directement liée à sa température.
Plusieurs problèmes se posent toutefois :
Ces quelques valeurs montrent que si les mesures du
rayonnement permettent d'accéder presque directement à la température sur l'eau, il
convient d'être plus prudent pour les mesures effectuées sur les zones continentales.
- Le rayonnement thermique dépend de la surface et de
l'orientation de cette surface. La présence de relief marqué fausse les mesures.
- Lors de l'observation par un satellite, il faut encore
s'assurer que le rayonnement reçu par le capteur est effectivement celui émis par la
Terre. Il convient ainsi de choisir une bande spectrale ou l'atmosphère est transparent.
Le choix d'une bande spectrale située vers 10,5 micromètres répond à cet
impératif.
Extrait du cédérom "Images satellitales"
La bande D de Météosat, vers 10,5 mm correspond à "l'infrarouge thermique".
L'utilisation de plusieurs bandes voisines, dans l'infrarouge
thermique, permet d'améliorer la précision.
Le capteur AVHRR des satellites NOAA par exemple dispose de deux canaux IR thermiques
voisins, vers 10,5 et 12 micromètres qui permettent d'effectuer les corrections liées à
l'atmosphère.
Enfin, en cas de couverture nuageuse, c'est pratiquement la
température du sommet des nuages qui est restituée. La température au sol est alors
inaccessible aux mesures à distance...
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