Concept

La richesse spectrale directionnelle et polarisée des mesures Polder offre des possibilités nouvelles pour déterminer la phase, l'altitude des nuages, et pour discriminer les aérosols et les paramètres de la biosphère.

Multispectral

Polder a 9 bandes spectrales, dont 3 d'entre elles (443, 670 et 865 nm) sont associées aux filtres polarisés (P1, P2 et P3). 3 bandes sont dédiées à l'observation de la couleur de l'océan (443, 490, 565 nm). En plus des bandes 763 et 910 nm, choisies pour estimer l'absorption par l'oxygène et la vapeur d'eau, les canaux non-polarisés de Polder ont été conçus pour permettre une comparaison directe avec les observations OCTS.

Directionnalité

Les photographes connaissent et savent jouer de l'importance de leur position par rapport au soleil dans l'agencement de leurs prises de vue.

Les positions relatives de l'imageur, du soleil et de la cible sont repérées classiquement par 3 angles appelés angle zénital de visée (), angle solaire() et azimut relatif (). L'angle de diffusion () associé à cette configuration caractérise la déviation entre la direction solaire et la direction d'observation.

Le large champ combiné au glissement des traces du satellite d'un jour à l'autre permet d'observer une cible au sol avec une grande variété de conditions géométriques.

Géométrie des prises de vue POLDER

Deux images (A et B) acquises à 3 minutes d'intervalle lors qu premier passage sur l'Europe le 16 septembre 96 et leurs géométries comparées.

Angle zénital solaire (°)
	Angle zénital de visée (°)		Azimut relatif (°)

En un lieu donné, par exemple Copenhague indiqué par une croix, l'angle solaire est quasi constant alors que l'angle de visée et l'azimut varient rapidement. Entre ces deux acquisitions 8 autres images ont été prises et complètent l'échantillonnage angulaire représenté sur le diagramme polaire (, ).

Polder permet ainsi un échantillonnage dense de la Fonction de Distribution des Réflectances Bidirectionnelles des cibles, en particulier dans le plan principal (=0°) et dans le plan perpendiculaire (=90°).

Des effets directionnels très significatifs sont observés par Polder et peuvent être pris en compte de manière nouvelle dans l'interprétation des mesures spatiales.

Polarisation

La lumière naturelle émise par le soleil est non polarisée ou plutôt polarisée aléatoirement, mais certains processus physiques d'interaction du rayonnement avec la matière, orientent préférentiellement les vibrations et polarisent ce rayonnement.

Comme illustré dans les exemples ci-dessous, la polarisation, quand elle est combinée à la directionnalité, ajoute une autre dimension aux analyses conventionnelles des signatures spectrales des aérosols et des nuages.

1 - La réflexion sur un miroir est fortement polarisante.
La réflexion spéculaire du soleil sur la mer donne une tache brillante (A) sur les images Polder en lumière naturelle et un fort signal (B) en lumière polarisée d'autant plus intense et étroit que la surface est plus calme.

2 - Au premier ordre, hors phénomène de réflexion, le signal polarisé mesuré au sommet de l'atmosphère résulte de processus de diffusion primaire caractérisés par l'angle de diffusion représentant la déviation entre les rayons incidents et réfléchi.
C'est pourquoi les images polarisées de Polder s'interprètent naturellement avec les isocontours de l'angle de diffusion.
La zone de rétrodiffusion (C) est sombre car la polarisation s'annule autour de =180°.

3 - La polarisation provenant de la diffusion par les molécules composant l'atmosphère domine le signal polarisé provenant de la surface : ceci explique la dominante bleue et un contraste terre-mer très atténué sur les images polarisées. Au dessus des nuages, (blancs car spectralement neutres), la mesure de la polarisation moléculaire permet d'estimer leur altitude.

Sur cette image prise le 10 novembre 96 dans l'hémisphère Sud on observe simultanément 2 figures de réflexion spéculaire : une tache sur l'océan, en partie masquée (A : en haut au centre) par un cirrus épais, et l'autre, beaucoup plus étroite et intense (B) autour de =93°, dans le cirrus lui-même, caractéristique d'une orientation préférentielle horizontale des cristaux de glace. On notera également les irisations au voisinage de l'arc en ciel (C : =140°) qui, telles une figure d'interférence, permettent une estimation très précise de la taille des goutes d'eau de ce type de nuage.

4 - Le phénomène d'arc en ciel est sans doute plus connu pour ses couleurs que pour ses propriétés directionnelles et polarisées ! Il est caractéristique de la diffusion par les goutellettes d'eau liquide observées sous un angle de 140° (l'observateur notera qu'il est alors dos au soleil). Dans cette géométrie particulière, les nuages d'eau liquide présentent une forte polarisation qui permet de les discriminer des nuages de glace.

5 - Après soustraction du signal moléculaire et de la contribution de la surface, la polarisation résiduelle permet d'appréhender les aérosols sur terre.

Images de la luminance polarisée minimum et maximum observée du 16/11/96 au 18/12/96 mettant en évidence la détection des aérosols dans la vallée du Gange.