Développement d'un spectrophoto-goniomètre pour l'étude de la réflectance bidirectionnelle de surfaces géophysiques : application au soufre et perspectives pour le satellite Io

Development of a spectrophoto-goniometer to study the bidirectional reflectance of geophysical surfaces : application to sulfur and prospects for the satellite Io

• Auteur / Autrice : Nicolas Bonnefoy
• Direction : Bernard Schmitt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

L'expérience de spectrophoto-goniométrie conçue au LPG pour mesurer la réflectance bidirectionnelle (BRDF) de surfaces géophysiques granulaires et compactes poursuit trois objectifs: (1) améliorer la modélisation du transfert radiatif et valider les modèles de BRDF (2) analyser rigoureusement les observations par télédétection des surfaces terrestre et planétaires (3) constituer une base de données de BRDFs disponible pour la communauté planétologique. Au cours de cette thèse, ce système opto-mécanique, qui couvre les gammes UV-Vis-NIR (0. 3-5 [mu]m) selon un large éventail de configurations bidirectionnelles, a fait l'objet de nombreux tests et développements. Tout d'abord pour quantifier et limiter l'impact photométrique d'imperfections (dont l'inhomogénéité de l'éclairement), des dérives temporelles liées aux fluctuations de température et de divers phénomènes non reproductibles. Ensuite pour piloter, via un logiciel, les séquences d'acquisition en fonction d'options spectrales et géométriques dées par l'utilisateur. Afin de disposer de données exploitables, une procédure originale d'étalonnage photométrique a par ailleurs été formalisées puis concrétisée par l'obtention de la BRDF d'une surface de référence en Spectralon. L'étalonnage spectral a lui bénéficié de diverses techniques:cible de référence, cellule à gaz et spectrométrie à transformée de Fourier. Une fois opérationnel, le spectrophoto-goniomètre a permis d'étudier la BRDF du soufre et sa sensibilité à quelques phénomènes physiques propres aux environnements planétaires (sublimation, frittage, condensation). Le comportement retrodiffusant de certains échantillons, une caractéristique des surfaces planétaires non reproduite par les modèles, constitue à cet égard un résultat marquant. De telles expériences préfigurent l'extraction des propriétés texturales et photométriques du soufre suspecté à la surface du satellite jovien Io. La méthode retenue pour y parvenir est exposée.