consistant en une cavité creuse, sphérique, dont le revêtement intérieur possède un facteur
de
mesure le facteur de réflectance diffuse moyen de surfaces selon tous les angles
d'illumination et d'observation. Une sphère intégrante peut alors être considérée comme un
diffuseur qui conserve la puissance mais détruit l'information directionnelle, c’est pourquoi
nous pouvons exclure la FDRB de la neige dans notre travail. Le choix de la sphère s’est
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porté sur une dimension de 6 pouces (environ 15 cm de diamètre). Cette taille est idéale en
ce qui concerne notre étude car elle facile à transporter et elle permet de travailler avec une
source lumineuse de faible puissance. L’échantillon de neige est placé au bas de la sphère,
il a un diamètre de 63 mm et une épaisseur de 13 mm, suffisamment volumineux pour être
représentatif du matériau neige [Coleou et al., 1999].
La source lumineuse est une diode laser Mitsubishi d’une puissance de 6 mW. Elle est
située au dessus de la sphère, sa longueur d’onde est stable et le faisceau lumineux est
collimaté, c’est donc en première approximation une source directe. Le faisceau n’étant en
fait pas parfaitement collimaté, il diverge et illumine à la fois la totalité de la surface de
l’échantillon mais également les bords de la sphère, où la réflexion va donner un
rayonnement diffus. Il existe donc à la fois des rayonnements directs et diffus dans notre
sphère et il est crucial de déterminer quel type de rayonnement illumine notre échantillon car
la réflectance de la neige est très dépendante de la radiation incidente (section I.B.6). La
figure II.1 représente de façon schématique les différents types de sources incidentes dans
notre sphère et leurs trajectoires. Nous devons prendre en compte toutes ces sources.
C’est pourquoi nous avons appliqué les travaux de [Hidovic-Rowe et al., 2006], qui décrivent
par de simples équations la distribution des photons en prenant en compte tous les
paramètres de notre sphère, c'est-à-dire la surface de chaque composant interne de la
sphère (source, récepteur, échantillon) et leurs coefficients de réflexion respectifs. Ces
équations ont donc été intégrées dans nos calculs de modélisation et les résultats théoriques
obtenus avec DISORT sont en accord avec les mesures expérimentales de DUFISSS (DUal
Frequency Integrating Sphere for Snow SSA measurement). De plus amples détails sont
disponibles dans le paragraphe 3 « Reflectance modeling at 1310 nm » de l’article 1.
Le choix de la longueur d’onde s’est porté sur 1310 nm pour trois raisons majeures : la
réponse spectrale de la neige est élevée et varie peu autour de cette longueur d’onde (figure
Intro-1) ; l’effet des impuretés est négligeable à 1310 nm (section I.B.4-b) ; cette longueur
d’onde est commercialement disponible. Les premières mesures nous ont montré qu’au-delà
de 60 m² kg
-1de SS, la corrélation SS-Réflectance à 1310 nm n’est plus bonne. En effet,
parce que les neiges à fortes SS possèdent généralement de faibles valeurs de densité
(< 100 kg m
-3), le milieu n’est pas optiquement semi infini, la profondeur de pénétration de la
lumière est alors trop importante et une partie du rayonnement est absorbée par le porte
échantillon (figure 6 article 1).
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Source de lumière directe :
diode-neige-récepteur
Neige
Diode Laser
Récepteur
Source de lumière diffuse :
diode-neige-sphère-neige-récepteur
Source de lumière diffuse :
diode-sphère-récepteur
Source de lumière diffuse :
diode-sphère-neige-sphère-récepteur
Source de lumière directe :
diode-neige-récepteur
Neige
Diode Laser
Récepteur
Source de lumière diffuse :
diode-neige-sphère-neige-récepteur
Source de lumière diffuse :
diode-sphère-récepteur
Source de lumière diffuse :
diode-sphère-neige-sphère-récepteur
Figure II.1: Représentation schématique des différents types de sources lumineuses
dans notre appareillage.
Afin de résoudre ce problème, deux modifications ont été mises en place. La première
concerne le choix de la longueur d’onde et dans le cas de neiges à forte SS, une source à
1550 nm est utilisée car la glace absorbe fortement le rayonnement autour de cette longueur
d’onde (figure I-8), de sorte que la profondeur de pénétration de l’onde est très faible (de
l’ordre du millimètre). Le choix de la longueur d’onde se fait donc en fonction du type de
neige à partir d’une observation visuelle de l’échantillon. La seconde modification concerne
la profondeur du porte échantillon qui a été augmentée de 13 à 25 mm, ce qui permet de
s’assurer que le milieu est optiquement semi infini lorsque la longueur d’onde 1310 nm est
utilisée, c'est-à-dire pour des neiges de SS inférieure à 60 m² kg
-1dont la densité est
supérieure à 200 kg m
-3.
Enfin, la quantité de lumière réfléchie est captée par une photodiode InGaAs
(Indium-Gallium-Arsenic), placée à 90° de l’échantillon, qui possède une réponse spectrale comprise
entre 800 et 1800 nm, ce qui permet de conserver la même photodiode quelle que soit la
longueur d’onde utilisée. Le signal est donc converti, amplifié et mesuré à l’aide d’un
voltmètre de précision. Le système est préalablement étalonné à l’aide d’un jeu de standards
dont les coefficients de réflexion diffuse sont connus avec précision et compris entre 5 et
99%.
La mise en place de DUFISSS a été longue et délicate car nous avons eu recours à la
modélisation afin d’élucider les problèmes rencontrés et donc de choisir les bonnes options
afin d’y palier (profondeur du porte échantillon à 25 mm, longueur d’onde à 1550 nm, courbe
théorique avec les différentes sources incidentes). L’étape suivante consiste à établir la
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relation SS-réflectance, en laboratoire, en mesurant sur une série d’échantillons de neige la
réflectance IR (DUFISSS) et la SS (adsorption de méthane, section I.A.4-b).
Dans le document
La neige du plateau antarctique. Surface spécifique et applications.
(Page 48-51)