3.4 Conclusion
4.1.3 Influence de l’état de la mer sur le rapport de polarisation
Dans cette section, nous nous intéressons à la dépendance du rapport de polarisation avec l’état de la mer. L’analyse des spectre 1D donnés par la bouée PHAROS pendant VALPARESO a montré que dans plus de70% des cas, nous étions en présence de "mer mixte" avec une ou plusieurs composantes
de houle et de mer du vent. Pour caractériser l’état de la mer nous utilisons (i) la hauteur significative
Hs introduite dans la section 1.2.3 caractérisée par l’équation (1.35), (ii) la pente significative de la mers, définie par :
s = Hs
λp, (4.8)
Pour les analyses des coefficients de corrélation nous avons adopté la même méthode que pour la vitesse du vent en considérant seulement les variations du rapport de polarisation autour de la valeur moyenne du rapport de polarisation à chaque incidence : PR-<PR>. La figure 4.7 présente PR-<PR> en fonction de la hauteur significative (a) et de la pente significative (b). PR-<PR> est calculée pour les 5 incidences :20.5 (plus), 25.5 (astérisques), 30.5 (losanges), 35.5 (triangles), 40.5 (carrés) degrés. On
observe une décroissance de PR-<PR> lorsque s et Hsaugmentent. Le coefficient de corrélation est égal à0.35 avec la hauteur significative et 0.44 avec la pente significative - avec dans les deux cas un
indice de confiance de100% en faisant un test d’hypothèse nulle. On observe que la pente significative
influe donc plus sur le rapport de polarisation que la hauteur significative. Cette effet de la pente significative sur le rapport de polarisation explique probablement la disparité de niveau (entre 0.5 et 1.5 dB à 30 degrés) entre les mesures de rapport de polarisation présentées sur la figure 4.2(b) réalisées
pendant la campagne VALPARESO le 17 Novembre 2002 et le 29 Octobre 2002 conjointement avec le radar STORM et le ASAR d’ENVISAT. En effet, les conditions de mesure correspondent à deux cas de vent faible puisque le 17/11/2002,U10= 4.3 m/s et le 29/10/2002, U10= 4.9 m/s où la hauteur
significative est similaire, mais à des cas de pentes significatives différentes (1.6×10−2et7.7×10−3) à cause de la présence d’une houle de courte longueur d’onde dans le premier cas. Cette différence de pente significative semble expliquer la différence des rapports de polarisation mesurés entre ces deux jours.
L’étude des données STORM montre que la corrélation du rapport de polarisation est plus forte avec la pente significative des vagues qu’avec le module du vent ou la hauteur significative de la mer. Comme la pente significative des vagues est fortement reliée à la probabilité de déferlement des vagues (cf [Alves and Banner, 2003] par exemple), ce résultat renforce les théories qui proposent d’expliquer l’écart entre le rapport de polarisation prédit par un modèle composite [Kudryavtsev et al., 2003a] ou de type SSA-1 [Voronovich and Zavorotny, 2001] et les mesures radar en considérant, en plus de la rétrodiffusion des vagues de Bragg, l’effet des zones de déferlement à la surface de la mer sur la section efficace radar.
Différence de polarisation et déferlement
Kudryavtsev et al. [2003a] et Voronovich and Zavorotny [2001] modélisent la contribution à la section efficace radar des zones où il y a déferlement à la surface de la mer comme un phénomène de reflexion spéculaire qui ne dépend pas de la polarisation du signal. Soitσ0npcette contribution dite "non-polarisée". Dans leurs approches σ0npest ajouté au terme polariséσp qui modélise la rétrodiffu-sion radar d’une surface marine sans déferlement. En reprenant cette décomposition de la SERN, on peut alors écrire la section efficace comme la somme d’une contribution polarisée et d’une contribu-tion sans signature de polarisacontribu-tion :
σp0 = σp+ σnp, (4.9) oùσnpserait affecté par la diffusion spéculaire sur les pentes des grandes vagues à faible angles et sur les zones où les vagues déferlent pour les grandes incidences.
L’étude de la différence des sections efficaces (ou différence de polarisation notée∆σ) [Chapron
et al., 1997, Quilfen et al., 1999] à grandes incidences permet de supprimer les effets dus à la présence de la partie non-polarisée que nous associons à la présence de zones avec du déferlement. La quantité
∆σ définie par :
∆σ = σV V0 − σHH0 = σV V − σHH (4.10) n’est donc pas affectée par les effets de déferlement.
(a) (b)
FIG. 4.7 – Ecart du rapport de polarisation par rapport à sa valeur moyenne pour chaque angle d’inci-dence en dB. (a) En fonction de la hauteur significative. (b) En fonction de la pente significative.
absolument pas corrélé avec la pente significative des vagues. Cette faible corrélation (0.02) avec la
pente significative de la surface pour ∆σ est à commparer à celle du rapport de polarisation qui est
beaucoup plus élevée (0.44). Cela nous montre clairement que la partie non-polarisée éliminée par
différence des SERN dépend fortement de la pente significative, donc de la cambrure des vagues et de la rugosité associée aux évènements déferlants. Cela suggère que le rapport de polarisation dépend effectivement de l’état de la mer à travers les pentes significatives via la partie non-polarisée des sec-tions efficaces radar. A ce jour, il n’existe aucune mesure de cette partie non-polarisée qui n’est pas du tout connue. Dans le chapitre suivant nous nous proposons d’étudier cette partie du signal radar. Nous vérifierons notamment, si son comportement est compatible avec le phénomène de reflexion spéculaire du signal électromagnétique sur des zones de la surface de mer où la rugosité est accrue par la présence de vagues pentues liées au déferlement.
Dans cette section, nous avons analysé les mesures de STORM (bande C) en terme de rapport de polarisation. On a montré que le rapport de polarisation augmentait en fonction de l’angle d’incidence mais que les formulations empiriques existantes dans la littérature n’étaient pas capable de reproduire les mesures en fonction de l’angle d’incidence. D’autre part, le rapport de polarisation présente une modulation azimutale marquée. Le premier maximum de cette modulation est dans la direction dos au vent, le second dans la direction face au vent alors que les deux minima sont dans les directions perpendiculaires au vent. Cette modulation augmente avec l’angle d’incidence et devient marquée pour des angles supérieurs à25 degrés. Les modèles empiriques existants ne prennent pas en compte
cette modulation. L’étude montre également que le rapport de polarisation ne dépend pas de manière significative de la vitesse du vent ni de la hauteur significative mais plus de la pente significative du spectre de surface. L’étude de la différence de polarisation ∆σ suggère que cet effet de la pente
sections efficaces σV V
0 et σHH
0 . Enfin, notons que cette discussion sur la différence de polarisation
∆σ associée à celle sur le rapport de polarisation montre clairement l’intérêt de combiner les deux
polarisations d’un capteur afin de mieux comprendre les processus de surface qui influent sur le signal radar. Nous reviendrons sur les informations à tirer de cette combinaison dans le chapitre suivant.