Imagerie infrarouge thermique haute résolution : potentiels et limitations pour la géologie

par Damien Gaudin

Thèse de doctorat en Géosciences

Sous la direction de Christophe Delacourt.

Soutenue le 12-07-2012

à Brest , dans le cadre de École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère) , en partenariat avec Domaines océaniques (Plouzané, Finistère) (laboratoire) .


  • Résumé

    Le rayonnement infrarouge thermique (7.5-14 μm) permet de mesurer à distance la température de surfaces géologiques. Les capteurs de type “microbolomètre”, de bas prix et d’utilisation facile, sont de plus en plus utilisés pour cartographier sur le terrain des anomalies de température. Cependant, des phénomènes tels que l’opacité de l’atmosphère et les réflexions de la surface viennent modifier le signal. De plus, les images doivent être ajustées géométriquement pour être cartographiées. Après avoir proposé un protocole de correction géométrique et radiométrique des mesures, et quantifié les incertitudes résiduelles, quelques exemples sont étudiés pour définir les potentiels et les limites de l’infrarouge thermique en sciences de la Terre. Son potentiel pour la détection de la ligne de rivage a été utilisé lors d’une marée montante pour reconstituer le modèle numérique de terrain (MNT) d’une plage de l’Aber Benoît (Bretagne). D’autre part, un modèle informatique a été développé pour mesurer l’influence de la rugosité sur la température de la surface des planètes. Il a été appliqué au calcul de l’inertie thermique de Mars et de l’astéroïde (2867) Šteins. Enfin, les images infrarouges sont utilisées pour quantifier le flux de chaleur d’une zone sub-fumerollienne de la Soufrière. Ainsi, l’imagerie thermique infrarouge montre un fort potentiel, partiellement inexploité par les études actuelles, notamment pour la cartographie quantitative des contrastes de température à haute résolution. A haute fréquence, elle permet d’étudier la dynamique des phénomènes géologiques.

  • Titre traduit

    High resolution thermal infrared imaging : potential and limitations for earth sciences


  • Résumé

    Thermal infrared (7.5-14 μm) enables the measurement of temperature far fromgeological surfaces. Microbolometers devices are increasingly used in the field in order to mapthermal anomalies. However, phenomena such as atmospheric opacity and surface reflections disturb the electromagnetic signal. In addition, images have to be geometrically adjusted to fit with geographical models. A processing chain is here suggested in order to correct the radiometry and the geometry of images, and the uncertainties are computed. Then, its potential and limitations are considered, through a few examples. First, it has been used in order to detect the waterline evolution of a mud shore during a rising tide, which enables to reconstruct a digital elevation model. Then, a computer model has been developed to study the roughness effects on the surface temperature and on the thermal inertial calculation on Mars and on the (2867) Šteins asteroid. Finally the heat flux of a sub-fumarolian zone has been computed in La Soufrière volcano (Guadeloupe, Lesser Antilles).Thus, thermal infrared remote sensing is very useful in quantitatively mapping the temperatures anomalies with a high resolution. High frequency studies should enable the survey of geological phenomena.


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