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SIgnature Micro-Onde du Déferlement et de l'Ecume – SIMODE

SIgnature Micro-Onde du Déferlement et de l’Ecume

Le principal objectif de ce projet est de mieux comprendre et interpréter l'influence des phénomènes associés au déferlement en télédétection océanique micro-onde active et passive. Ces phénomènes regroupent plusieurs aspects de la surface de l'océan : vagues non gaussiennes, vagues abruptes et déferlantes, écume, moutonnement. Incorporer ces effets dans les modèles de télédétection est essentiel pour les procédures d'inversion des paramètres géophysiques océaniques.

Compréhension de l'influence des phénomènes associés au déferlement en télédétection océanique micro-onde active et passive.

Un enjeu important pour la modélisation du climat et du réchauffement planétaire est l'estimation précise des paramètres géophysiques tels que la température et la salinité de surface de mer, le transport de masse, les hauteurs et pentes des vagues et le vent sur la surface océanique. L'estimation de ces paramètres est l'un des objectifs principaux de beaucoup de missions d'observation micro-onde de l'océan. Cependant, le succès de ces missions est conditionné par une bonne compréhension de l'interaction des micro-ondes avec la surface de mer and une description physique pertinente de cette dernière. Dans ce contexte, la contribution des vagues déferlantes est importante par vent fort. Le principal objectif de ce projet est de mieux comprendre et interpréter l'influence du déferlement sur la télédétection micro-onde active et passive, ce qui est essentiel pour l'estimation des paramètres géophysiques. Pourtant, la signature dans le domaine micro-onde du déferlement et des phénomènes associés n'est pas encore bien comprise. La difficulté tient à la variété des processus impliqués et leur différentes contributions suivant la configuration de télédétection. <br />

Le problème complexe de la signature micro-onde du déferlement ne peut pas être traité dans un cadre unique mais nécessite des traitements différents suivant les échelles spatiales en jeu, la configuration de télédétection et la fréquence électromagnétique. Nous avons identifié les tâches suivantes pour attaquer ce problème:

des mesures aéroportées des signaux simultanés, radar et optiques, sur l'océan à grande échelle et basse résolution. Conception de modèles statistiques pour la description du déferlement et sa relation avec l'écho radar sur la base du jeu de données acquis.
Des mesures de soufflerie et des images stéréographiques pour l'analyse des champs de vagues non-gaussiens à haute résolution.
Des modèles numériques pour la signature Doppler des vagues non-linéaires à incidence modérée et rasante.
L'utilisation combinée de données spatiales multi-fréquence pour améliorer les modèles de diffusion par la surface en incidence modérée et rasante pour des vents modérés et forts.

Des modèles précis et souples pour la diffusion micro-onde par des surfaces océaniques non-linéairesà des incidences arbitraires et pour des vents modérés.
Un modèle pour la section efficace radar par vent très fort, en se bsant sur une approche de milieu effectif pour la couche d'écume à faible incidence.
La signature du spectre Doppler micro-onde de vagues cambrées non-déferlantes en incidence modérée et rasante.
Une description statistique et géométrique du déferlement et quelques relations empiriques à la section efficace radar.
Une description fine à petite échelle du micro-déferlement et des vagues de gravité courtes.
Une amélioration du traitement d'image des scènes océaniques observées par avion.

Les objectifs initiaux ont été majoritairement remplis. La plupart des tâches du projet ont été traitées et la campagne expérimentale principale réalisée.
Des travaux non prévus initialement se sont avérés très pertinents pour le projet en cours de route (analyse de données de soufflerie et de données stéreographiques en mer). L'exploitation du signal radar temporel et du spectre Doppler s'est révélé un outil très utile pour caractériser les vagues proche-déferlement mais n'a pas encore été mise en œuvre expérimentalement.
L'analyse conjointe des données aéroportées (images optiques et signaux radar) s'est révélée d'une très grande complexité technique. Par ailleurs, il ressort que le déferlement simplement défini par son aspect visuel de moutonnement n'est pas une quantité suffisamment discriminante pour expliquer les échos radar. Une approche déterministe consistant à corréler des signaux instantanés (i.e. une image optique et un signal de rétrodiffusion moyenné sur une fraction de seconde) s'est révélée inappropriée. En revanche, une approche statistique basée sur l'analyse de quantités moyennées sur des durées plus longues (1 mn) a permis de dégager quelques premières tendances.
Le sujet est loin d'être clos et mérite d'être poursuivi. Avec le recul de l'expérience, il semble maintenant que des campagnes de mesures dans un environnement mieux contrôlé, typiquement des mesures radar en soufflerie, permettraient de s'affranchir de nombreuses difficultés techniques et aléas rencontrés avec lors de notre campagne en mer tout en illustrant les mécanismes physiques mis en jeu. De telles études pourront être menées dans un avenir proche au laboratoire MIO.

9 articles publiés dans des revues RICL, dont 5 multi-partenaires
10 communications dans des conférences internationales.
Le sujet d'étude ne se prête pas au dépôt de brevet.

Le principal objectif de ce projet est de mieux comprendre et interpréter l'influence des phénomènes associés au déferlement en télédétection océanique micro-onde active et passive. Ces phénomènes regroupent plusieurs aspects de la surface de l'océan : vagues non gaussiennes, vagues abruptes et déferlantes, écume, moutonnement. Incorporer ces effets dans les modèles de télédétection est essentiel pour les procédures d'inversion des paramètres géophysiques océaniques (température et salinité de surface de mer, vents, état de mer). Cependant, leur signature dans le domaine micro-onde est encore mal comprise. La difficulté tient à la variété des phénomènes impliqués et à leurs différentes contributions selon les configurations de télédétection . Il n?existe pas à l?heure actuelle de modèle global hydrodynamique et électromagnétique décrivant l?interaction des micro-ondes avec la surface de mer en présence de déferlement. C'est l'ambition de ce projet d'avancer dans cet objectif en suivant deux approches: 1) Approche théorique. On propose de développer un cadre théorique unifié prenant en compte tous les aspects concernés du déferlement pour la télédétection micro-onde par vent modéré à fort. Cette description inclura les statistiques de vagues non-gaussiennes, l'occurrence du déferlement et le moutonnement résultant, tout en restant suffisamment souple d'un point de vue analytique et numérique. Elle sera couplée avec des modèles récents et performants de diffusion électromagnétique. Les configurations typiques de la télédétection seront retenues : sondage actif ou passif en incidence modérée (pertinente pour les missions satellitaires et aeroportées), et sondage actif en incidence rasante (en vue des radars côtiers et sur bateau). Les aspects de polarisation seront naturellement pris en compte. 2) Approche expérimentale. On propose une validation expérimentale des développements théoriques en co-localisant un maximum de mesures simultanées dans des configurations différentes : mesures in situ, données satellites, images optiques, sondage radar et radiométrique en différentes bandes. Cette étude s'appuiera sur plusieurs jeux de données expérimentales déjà existants: - une récente campagne de mesure radar du LSEET en bande L à incidence rasante, - les données du diffusiomètre STORM et du radiomètre CAROLS aéroportés du CETP, les données satellitales fournies par le CERSAT: images ASAR d'ENVISAT, données co-localisées du diffusiomètre QuickScat , du radiomètre WindSat et des alimètres TOPEX et JASON. Nous complèterons ces jeux de données par une campagne aéroportée spécifiquement conçue pour les besoins du projet. Etant donné le potentiel important de cette étude pour l?observation spatiale de l?océan, nous ne considèrerons que des conditions de mer au large. Nous ignorerons ainsi les aspects de profondeur finie et le déferlement bathymétrique. L?équipe proposée (LSEET, CETP, LOS) réunit toutes les compétences nécessaires pour mener à bien un tel projet : modélisation hydrodynamique et électromagnétique, télédétection spatiale, sondage micro-onde actif/passif de la mer). Mots clés : télédétection océanique micro-ondes, déferlement, écume, vagues non linéaires, moutonnement, section efficace radar de la surface de mer, émissivité de la surface de mer.

Coordinateur du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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