Traitement des mesures altimétriques

Jusqu’à ici nous avons montré que l’information des mesures altimétriques la plus utilisée dans la pratique corresponde à la grandeur h qui est déduite des estimations de R et de H. Cependant, il existe d’autres paramètres qu l’on peut déduire à partir du traitement des signaux altimétriques (figure 2-11) ; traitement dont le principe consiste à ajuster à la forme d'onde obtenue, un modèle de forme d'onde théorique, comme par exemple le modèle de Brown (Brown, 1977). Ce traitement permet d’extraire des informations telles que :

x Le « range ». Calculé précisément à partir de la durée du trajet aller-retour entre l’émission de l’onde et le milieu du front de montée.

x La dispersion de l’altitude des facettes réfléchissantes. Déduite de la largeur du front de montée. Elle caractérise la macro-rugosité de la surface ou la pénétration du signal dans le milieu. Cette information est utilisée pour l’estimation de la hauteur des vagues par exemple.

x Le coefficient de rétrodiffusion (ı0). Exprimée en décibels (dB), cette information représente l’énergie total reçue par l’altimètre par rapport à l’énergie total émise. Elle s’obtient par conséquence en calculant l’intégrale de la forme d’onde. Ce coefficient

varie en fonction de la nature et l’agitation de la surface réfléchissante. Une surface recouverte d’eau au repos peut être comparé au cas de la figure 2-9 et produire des échos très puissants supérieurs à 40 dB. Si la surface est agitée (figure 2-10), comme c’est souvent les cas pour les surfaces des océans et les parties centrales des grands lacs, les facettes réfléchissantes renvoient le signal dans plusieurs directions et pas uniquement vers le satellite. Dans cette situation le ı0 prend des valeurs plus faibles, de l’ordre de 12 dB (Mercier, 2001). Sur les petits plans d’eau intérieurs, cette agitation est en générale beaucoup plus faible ce qui se traduit par des coefficients supérieurs à 20 dB (Birkett, 1998). Mercier (2001) montre par contre qu’il est toujours préférable de considérer une fourchette assez large des valeurs de ı0 sur les eaux continentales, entre 12 et 50 dB par exemple. Ceci en raison de la très grande diversité des terrains survolés, tant par la géométrie variable dans le temps et dans l’espace des frontières terre/eau, que par les différences de nature ou de taille des plans d’eau.

x La pente du flanc. Fournit des informations sur le dépointage de l’antenne et sur une éventuelle pénétration du signal dans le milieu réfléchissant comme la neige par exemple.

Figure 2-11. Information contenue dans la forme d’onde. 3.2.1. Tracking et Retracking.

Le traitement décrit est d’abord effectué à bord du satellite sous le nom de suivi de bord ou

tracking.Un tel traitement consiste à ajuster le milieu de front de montée afin de permettre à l’altimètre d’optimiser les paramètres d’acquisition de l’instrument pour les mesures suivantes. Un traitement différent peut aussi être effectué au sol mais à l’aide d’autres algorithmes. Cette opération porte le nom de retraitement ou retracking. Les algorithmes utilisés pour ce retraitement peuvent ainsi être adaptés au type de surface survolée par l'instrument au moment de l'acquisition des mesures

Frappart (2006) présent en détail les différents types d’algorithmes disponibles pour l’opération du retracking et développés pour l’étude des terres émergées. En général ils peuvent être classés selon la méthode qu’ils utilisent pour le retraitement :

x Méthodes de Seuillage. Ce sont les algorithmes basés sur l’estimation de la amplitude la forme d’onde. Cette estimation doit être peu sensible aux changements de forme de l’écho radar et au bruit de speckle (l’effet du bruit diminuant à mesure que le nombre de points d’échantillonnage de la forme d’onde augmente). Les algorithmes Sea Ice et Ice-1 sont basés dans cette méthode.

x Méthodes analytiques. L’objectif de ces algorithmes est de faire coïncider la forme d’onde mesurée avec un modèle théorique d’écho radar, caractéristique de la surface considérée, défini au moyen du modèle de Brown (1977). Tel est les cas de l’algorithme de retraitement Ice-2, développé pour l’étude des calottes polaires de l’Antarctique et du Groënland.

x Méthodes de reconnaissance de formes. Ces méthodes consistent à trier les formes d’onde en fonction de leur aspect et ensuite de leur appliquer un algorithme de retraitement adapté à chaque type identifié. Berry (2005) utilise cette approche, à l’aide d’un « système expert » de 11 algorithmes.

3.2.2. Les formes d’onde au milieu continental.

Comme nous l’avons montré ci-dessous, les formes d’onde sont la représentation de la puissance de l’écho reçu par l’altimètre en fonction du temps. Guzkowska et al. (1986; 1990) montre que dans le domaine continental ces formes d’onde peuvent être classées sous quatre catégories principales (figure 2-12):

x Formes d’onde « Océaniques ». Caractérisées par un front de montée assez marqué et un large plateau décroissant doucement, couramment produites par de surfaces planes de diffusion uniforme comme les lacs, les fleuves larges ou des plaines d’inondation d’une surface assez importante pour que l’écho ne soit pas perturbé par des réflexions parasites en provenance des terres émergées ou de la végétation.

x Formes d’onde quasi-spéculaire. Le front de montée de ces ondes est quasi-vertical, mais à la différence des précédentes, celles-ci présentent une décroissance rapide du flanc descendant. Elles sont particulières des surfaces lisses comme les marais, les fleuves ou les étendues d’eau de petite taille.

x Forme d’onde à large pic. Ces formes d’onde sont caractérisées par une décroissance du flanc descendant moins rapide que les échos quasi-spéculaires. Elles peuvent être classifiées en trois sous-ensembles : celles qui présentent un front de montée marqué, typique des étendues plates ou de faible pente comme les zones de transition entre la terre et l’eau. Un deuxième type où est présente une composante de diffusion après le pic. Dans ce cas, l’étendue d’eau est voisine d’une surface de faible réflectivité. Et un type d’onde formé d’un pic entouré de deux composantes de diffusion qui correspondent à une zone en eau entourée d’un terrain de faible réflectivité, caractéristiques des fleuves et petits lacs.

x Forme d’onde à plusieurs pics. Dans ce cas, chaque pic correspond à une zone en eau illuminée à différent intervalle de temps. Ce souvent le cas d’un fleuve qui est divisé en plusieurs bras.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Figure 2-12. (a). Forme d’onde Océanique. (b). Forme d’onde quasi-spéculaire. (c), (d), (e). Formes d’onde à large pic. (f). Forme d’onde à plusieurs pics. (Frappart, 2006)

3.3. Les corrections apportées aux mesures altimétriques en