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utiliser des images satellitaires en infra-rouge thermique en classe de seconde

mis à jour le 08/12/2006


Ir thermiques

Découverte du rayonnement infra-rouge thermique, utilisation d'images satellitaires océanographiques et météorologiques dans l'infra-rouge thermique en classe de seconde.

mots clés : infra-rouge, satellite, enveloppes fluides, télédétection, océan, atmosphère, tice, tutoriel


Les images météorologiques acquises dans l'infra-rouge thermique sont utilisées quotidiennement dans les émissions de télévision sans que jamais les méthodes d'acquisition et surtout de traitement de ces données ne soient expliquées. De même, les publications, de plus en plus nombreuses, sur le changement climatique sont souvent illustrées de thermographies océaniques en fausses couleurs sans qu'aucune explication sur le traitement ne soit fourni en dehors d'une échelle des teintes. Dans la partie du programme de seconde consacrée à la planète Terre, il est intéressant de mettre en place des activités pratiques utilisant ces données en procédant à des traitements simples et explicites qui permettent de découvrir les transferts d'énergie par circulation des enveloppes fluides de la Terre. Cette partie du programme sera traitée en concertation avec le professeur de physique-chimie qui doit traiter du message de la lumière.

Sommaire

Mettre en évidence le rayonnement infra-rouge
Utiliser des images de thermométrie océanique
Utiliser des images météorologiques

Mettre en évidence le rayonnement infra-rouge

La découverte de la radiomètrie infra-rouge thermique est faite après celle de la radiométrie dans le visible et l'infra-rouge proche à propos d'une image SPOT. On pourra consulter pour cette démarche divers documents publiés sur le serveur académique de Nantes.

utilisation des images satellitaires en classe de seconde

activités de télédétection en seconde : travail sur la baie du Croisic

L'achat et l'utilisation d'un radiomètre infra-rouge thermique électronique dans une classe de lycée n'est pas envisageable. Ces appareils sont très coûteux et leur fonctionnement est délicat car ils doivent être protégés des rayonnements infra-rouge thermiques émis par leurs propres composants.
 

Le radiomètre de Crook est constitué d'une roue à aubes montée dans une ampoule sous vide poussé. Chacune des pales est pourvue d'une face réfléchissante et d'une face noire. Il est facile de montrer en classe que la seule modification du milieu expliquant la mise en rotation est l'existence de radiations émises par la source lumineuse.

Voir la vidéo

Après avoir attendu l'arrêt de l'appareil par un retour à un faible éclairement. On approche du radiomètre une barre d'acier chauffée à quelques centaines de degrés sans que celle-ci devienne rouge. La mise en rotation est provoquée par les radiations infra-rouges émises par le corps chauffé. Ces radiations ne sont pas perceptibles par nos yeux.

Voir la vidéo

En développant un raisonnement analogique, les élèves établissent que l'intensité des radiations infra-rouge thermique dépend essentiellement de la température de l'objet. La voie est donc ouverte pour faire une évaluation des températures des objets à partir de mesures radiométriques par satellites.

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Utiliser des images de thermométrie océanique

Cette image issue d'un radiomètre embarqué sur un satellite NOAA a été prise à 3 heures 25 du matin le 11 août 1991. Les élèves constatent que la thermographie océanique donne des résultats même en pleine nuit

- Images NOAA au format TITUS, Iberiq1.IMA et Ibemas1.IMA ( 512 lignes * 512 colonnes, 250 ko pour chaque fichier-image) issues du cédérom "Les images satellitales" distribué par la société JEULIN.
Ces données ont été initialement extraites des disquettes qui accompagnent la brochure "Images satellitales NOAA et connaissance de l'environnement" diffusée par le CRDP de Poitou-Charentes et par la société JEULIN.

Ces images sont aussi présentes sur le cédérom accompagnant l'ouvrage "Utilisation pédagogique des images satellites météorologiques" Tome II paru au CRDP de Poitou-Charente.

En utilisant la fonction pointeur sur différentes zones marines et l'abaque ci-contre, les élèves déterminent la température mesurée.

Au point mesuré, l'eau est ici à environ 14 degrés.

La fonction "Transect" permet de mieux voir que la température de l'eau décroit lorsque l'on s'approche des côtes portugaises

Cette situation parait paradoxale aux yeux des élèves. Elle fait appel à la notion d'upwelling.

Poussées par les vents de nord, nord-est, les eaux superficielles chauffées par le soleil s'éloignent de la côte et sont remplacées par des eaux issues des profondeurs océaniques.

Les traitements proposés ici correspondent à des nuances de gris.

 

Pour traiter du rôle des courants chauds de surface dans le transfert d'énergie au sein des enveloppes fluides,il est possible d'utiliser les images disponibles sur le site de l'université John Hopkins.

http://fermi.jhuapl.edu

Pour faciliter la lecture, une échelle des teintes est fournie avec chaque image.

Le site traite essentiellement de l'atlantique ouest. Les meilleurs images sont celles qui font la somme de 7 jours consécutifs d'observation. Le gulf stream est en effet constamment couvert de nuages et les températures mesurées ne sont fiables que si le capteur reçoit les radiations infrarouge émises par la mer et non par les nuages.

© John Hopkins University

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Utiliser des images météorologiques

Il est très difficile de faire un traitement numérique des images météorologiques car pour des raisons de pratiques professionelles anciennes, ces images sont systématiquement inversées. De ce fait les pixels les plus "chauds" sont noirs alors que les plus "froids" sont blancs. Même si l'on arrive à lever ce premier obstacle, il en reste un qui résulte de la comparaison de températures d'objets situés sur la lithosphère ou l'hydrosphère et de températures qui sont celles des nuages. On en vient ainsi à constater que les nuages qui accompagnent une dépression correspondent à des masses d'air chaud et humides alors qu'ils apparaissent très blancs. A l'inverse les anticyclones sont des zones d'air froid mais ne comportant pas de nuages importants, ils laissent voir le sol ou la mer qui sont plus "chauds" que les nuages.
Le traitement de l'image par délimitation et localisation des fronts et des dépressions est par contre tout à fait réalisable avec un logiciel de dessin vectoriel tel qu'OpenOffice.On remarquera ici que le tracé en rouge est en fait la trace de l'intersection entre le frond chaud et le sol. Il est donc tout à fait normal que les masses nuageuses de la zone de précipitation intense soient à l'est de ce tracé. Le frond froid est toujours plus difficile à identifier. Il correspond à la limite orientale du "ciel de traîne" qui se caractérise par un aspect "pommelé". C'est la zone des averses. L'aspect tourbillonnant des mouvements de l'atmosphère est bien visible dans les zones tempérées comme ici.
Pour expliquer la constance de ce phénomène tourbillonnaire, on peut faire appel à un dispositif de simulation analogique tel qu'il est décrit sur ce serveur.

 

 
auteur(s) :

François Cordellier, professeur de SVT au lycée Jean Perrin de Rezé

information(s) pédagogique(s)

niveau : 2nde

type pédagogique : travaux pratiques, démarche pédagogique, préparation pédagogique, tutoriel

public visé : enseignant

contexte d'usage : classe, laboratoire, salle multimedia

référence aux programmes : La planète Terre et son environnement

documents complémentaires

Fichiers téléchargeables au format zip ou pdf
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Fichier pdf

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