TP Imagerie hyperspectrale orbitale et in-situ - ufe

TP#Imagerie#hyperspectrale#orbitale#et#in-situ#
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Laboratoire!d’accueil!:!
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Institut!d’Astrophysique!Spatiale!(Orsay)!
Correspondant!:!
Cedric!Pilorget!
IAS,!Université!Paris-Sud,!!
Bât!121,!bureau!306!
Téléphone!:!01!69!85!87!32!
Email!:![email protected]psud.fr!
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Objectifs#
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Ce! TP! a! pour! objectif! de! se! familiariser! avec! les! techniques! de! spectroscopie! et! imagerie!
hyperspectrale! visible/proche-IR,! couramment! utilisées! pour! les! analyses! tant! in! situ! que!
depuis!l’espace!de!la!Terre!et!des!objets!du!Système!Solaire.!
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A!l’aide!de!plusieurs!dispositifs!disponibles!à!l’Institut!d’Astrophysique!Spatiale!(modèles!de!
démonstration!d’instruments!spatiaux,!bancs!de!tests,!spectromètres!de!laboratoire),!le!TP!
permettra! d’aborder! les! problématiques! de! dimensionnement! et! d’étalonnage! d’un!
instrument,!ainsi!que!l’interprétation!qualitative!et!quantitative!du!signal!obtenu.!
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Résumé#
L’analyse!de!la!lumière!issue!du!flux!solaire!(ou!d’une!source!interne)!après!interaction!avec!
les!composés!de!l’atmosphère!d’une!planète!ou!encore!avec!les!roches!présentes!en!surface!
permet!d’identifier! les! espèces! présentes,! notamment! par! la! mise! en! évidence! de! bandes!
d’absorption!présentes!à!des!longueurs!d’onde!particulières.!Depuis!une!vingtaine!d’année,!
l’imagerie! hyperspectrale,! couplant! imagerie! et! spectroscopie,! est! en! plein! essor! avec! des!
applications!diverses!telles!que!:!!
• l’étude!de!la!végétation!(biodiversité!végétale,!suivi!des!cultures…)!
• l’étude!des! écosystèmes!côtiers! et!lacustres! (qualité!des! eaux,!caractérisation! de!la!
biodiversité…)!
• les!géosciences!(identification!des!minéraux,!propriétés!et!érosion!des!sols…)!
• la! caractérisation! des! propriétés! des! glaces! (état! du! manteau! neigeux,! taille! des!
grains!de!la!neige,!discrimination!entre!eau!solide!et!liquide…)!
• l’étude! des! milieux! urbains! (planification! urbaine,! détection! et! suivi! des! plantes!
invasives…)!
• l’étude!de!l’atmosphère!(chimie!atmosphérique,!aérosols,!pollution…)!!
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De! façon! similaire,! cette! technique! est! couramment! utilisée! pour! l’étude! des! objets! du!
Système! Solaire! (exemples!:! instruments! OMEGA/MEx! et! CRISM/MRO! pour! Mars,!
VIRTIS/Rosetta! pour! la! comète! Churyumov-Gerasimenko).! Récemment,! des! imageurs!
hyperspectraux! à! l’échelle! microscopique! ont! également! vu! le! jour! afin! d’équiper! les!
rovers/atterrisseurs!de!plusieurs!missions!spatiales!(Hayabusa-2/JAXA,!ExoMars/ESA).!
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L’imagerie! hyperspectrale! est! ainsi! une! technique! en! pleine! expansion,! dont! les!
développements! concernent! notamment! la! miniaturisation! des! instruments! et!
l’augmentation! de! leurs! performances! (gamme! spectrale! étendue,! résolution! spectrale! et!
spatiale,!rapport!signal!sur!bruit),!le!traitement!et!l’interprétation!du!signal!afin!par!exemple!
de! caractériser! quantitativement! les! processus! étudiés! et! le! développement! de! nouvelles!
applications.!!
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Fig1.! Exemple! d’application! de!
l’imagerie! hyperspectrale! pour!
l’études!des! surfaces!
planétaires.! Ici,! les! variations!
de! la! réponse! spectrale! de! la!
surface! permettent! de! mettre!
en! évidence! et! discriminer! des!
zones!riches!en!glace!de!CO2!et!
des!zones!riches!en!glace!d’H2O!
sur!Mars!
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Ce!TP!a!pour!objectif!de!permettre!aux!étudiants!d’appréhender!différentes!problématiques!
liées!à!ces!techniques,!et!notamment!:!!
• le!principe!de!la!spectroscopie!en!transmission!et!en!réflexion!
• les! problématiques! de! dimensionnement! d’un! instrument! (bilan! photométrique,!
calcul!de!rapport!signal!sur!bruit!et!impact!sur!la!science)!
• l’étalonnage!(radiométrique)!de!ces!instruments!
• l’interprétation! du! signal! en! allant! des! aspects! qualitatifs! (présence! d’un! composé)!
aux!aspects!quantitatifs!(concentration!d’un!composé,!propriétés!physiques!d’un!sol)!
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Pour! cela,! différents! instruments! présents! à! l’IAS! pourront! être! utilisés!:! spectromètres! de!
laboratoire!(type!FTIR),!bancs!de!tests,!modèles!de!démonstration!d’instruments!développés!
pour! des! missions! spatiales…! Les! traitements! seront! effectués! avec! des! logiciels! de! type!
IDL/Matlab!(pas!de!connaissances!préalables!nécessaires).!
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Informations#pratiques#
Le!TP!aura!lieu!à!l’IAS!à!Orsay!(Bâtiment!121!du!campus!de!l’Université!Paris-Sud).!Le!RDV!est!
fixé!à!9h!dans!le!bureau!de!Cedric!Pilorget!(bureau!306!du!bâtiment!121).!!