TP Imagerie hyperspectrale orbitale et in-situ - ufe

TPImageriehyperspectraleorbitaleetin-situ
Laboratoired’accueil:
Correspondant:
Institutd’AstrophysiqueSpatiale(Orsay)
CedricPilorget
IAS,UniversitéParis-Sud,
Bât121,bureau306
Téléphone:0169858732
Email:[email protected]
Objectifs
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
depuisl’espacedelaTerreetdesobjetsduSystèmeSolaire.
Al’aidedeplusieursdispositifsdisponiblesàl’Institutd’AstrophysiqueSpatiale(modèlesde
démonstrationd’instrumentsspatiaux,bancsdetests,spectromètresdelaboratoire),leTP
permettra d’aborder les problématiques de dimensionnement et d’étalonnage d’un
instrument,ainsiquel’interprétationqualitativeetquantitativedusignalobtenu.
Résumé
L’analysedelalumièreissuedufluxsolaire(oud’unesourceinterne)aprèsinteractionavec
lescomposésdel’atmosphèred’uneplanèteouencoreaveclesrochesprésentesensurface
permet d’identifier les espèces présentes, notamment par la mise en évidence de bandes
d’absorptionprésentesàdeslongueursd’ondeparticulières.Depuisunevingtained’année,
l’imagerie hyperspectrale, couplant imagerie et spectroscopie, est en plein essor avec des
applicationsdiversestellesque:
• l’étudedelavégétation(biodiversitévégétale,suividescultures…)
• l’étude des écosystèmes côtiers et lacustres (qualité des eaux, caractérisation de la
biodiversité…)
• lesgéosciences(identificationdesminéraux,propriétésetérosiondessols…)
• la caractérisation des propriétés des glaces (état du manteau neigeux, taille des
grainsdelaneige,discriminationentreeausolideetliquide…)
• l’étude des milieux urbains (planification urbaine, détection et suivi des plantes
invasives…)
• l’étudedel’atmosphère(chimieatmosphérique,aérosols,pollution…)
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/atterrisseursdeplusieursmissionsspatiales(Hayabusa-2/JAXA,ExoMars/ESA).
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,rapportsignalsurbruit),letraitementetl’interprétationdusignalafinparexemple
de caractériser quantitativement les processus étudiés et le développement de nouvelles
applications.
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
zonesrichesenglacedeCO2et
deszonesrichesenglaced’H2O
surMars
CeTPapourobjectifdepermettreauxétudiantsd’appréhenderdifférentesproblématiques
liéesàcestechniques,etnotamment:
• leprincipedelaspectroscopieentransmissionetenréflexion
• les problématiques de dimensionnement d’un instrument (bilan photométrique,
calculderapportsignalsurbruitetimpactsurlascience)
• l’étalonnage(radiométrique)decesinstruments
• l’interprétation du signal en allant des aspects qualitatifs (présence d’un composé)
auxaspectsquantitatifs(concentrationd’uncomposé,propriétésphysiquesd’unsol)
Pour cela, différents instruments présents à l’IAS pourront être utilisés: spectromètres de
laboratoire(typeFTIR),bancsdetests,modèlesdedémonstrationd’instrumentsdéveloppés
pour des missions spatiales… Les traitements seront effectués avec des logiciels de type
IDL/Matlab(pasdeconnaissancespréalablesnécessaires).
Informationspratiques
LeTPauralieuàl’IASàOrsay(Bâtiment121ducampusdel’UniversitéParis-Sud).LeRDVest
fixéà9hdanslebureaudeCedricPilorget(bureau306dubâtiment121).