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Propriétés optiques

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La neige fraîche reflète plus la lumière visible que toute autre surface naturelle. Par contre, elle se comporte comme un corps noir dans les grandes longueurs d’onde. Comment utilisons-nous ces différentes caractéristiques optiques de la neige pour no

 

Il n’existe aucune surface naturelle qui réfléchit plus de lumière visible que la neige fraîche. Son taux de réflexion (que l’on appelle albédo) peut atteindre 95 % dans cette plage de longueurs d’ondes. L’albédo varie ensuite avec le type et la composition de la neige, et prend donc différentes valeurs pour la neige fraîche et ancienne, les névés, les glaciers et la glace sale. La suie ou la poussière font baisser l’albédo et accélèrent la fonte de la neige, car le rayonnement est moins reflété, et plus absorbé par la neige.

 

Pour comprendre l’albédo de la neige, nous devons d’abord savoir pourquoi la neige apparaît blanche, alors que la glace et donc également les cristaux de neige sont transparents en lumière visible (longueurs d’onde de 400 nm - 680 nm environ). Lorsqu’un rayon lumineux atteint un cristal, il est réfracté à sa surface et change de direction. Un flocon de neige, et donc bien sûr le manteau neigeux sont constitués de très nombreux cristaux. Plus il y a de petites surfaces, plus la lumière incidente change souvent de direction.

Lorsque le rayon lumineux quitte la neige après plusieurs réfractions, sa direction est plus ou moins aléatoire, la réflexion est diffuse, ce qui veut dire que la neige rayonne la lumière dans toutes les directions. A chaque traversée de cristal, la lumière est un peu atténuée, une petite partie étant absorbée. La neige absorbant de la même manière toutes les couleurs de la lumière solaire, la lumière réfléchie apparaît blanche, et d’autant plus claire que les surfaces des cristaux sont petites dans la neige. Lorsque nous effectuons un profil translucide, en dégageant un mur de neige très mince, nous voyons également que la neige absorbe d’autant plus de lumière qu’elle est épaisse. Les différentes couches de neige de la figure 1 peuvent donc être bien distinguées, parce que leur épaisseur varie.

 

Proche infrarouge (NIR)

Dans le proche infrarouge (pour des longueurs d’onde d’environ 680 nm – 1 200 nm, fig. 3) l’absorption de la lumière par la glace augmente fortement. Cela implique qu’après le même nombre de réfractions dans des gros cristaux, il y a plus de lumière absorbée que dans les petits. Les différents types de neige se distinguent ainsi par leur réflexion. Nous utilisons cette propriété en photographiant la neige en NIR et en mesurant ainsi la dimension optique (surface spécifique) des cristaux de neige.

 

Les micro-ondes (longueur d’onde env. 1 mm - 100 mm, fig. 3) présentent l’avantage de traverser les nuages, ce qui permet d’effectuer des mesures, quel que soit le moment de la journée et la nébulosité. Une mesure peut couvrir entre 20 centimètres carrés jusqu’à 20 kilomètres carrés (télédétection satellitaire). Les micro-ondes sont surtout mises en œuvre pour déterminer la quantité d’eau stockée dans la neige (équivalent en eau de la neige). Ainsi, on peut mesurer le spectre et la force des micro-ondes réfléchies par la neige. Jusqu’ici, la relation entre le signal micro-ondes réfléchi et la neige n’est pas encore clairement interprétable, car une forte rétrodiffusion peut être provoquée soit par une grande épaisseur de neige, soit par des gros cristaux.

C’est pourquoi il faut effectuer conjointement aux mesures de rayonnement d’autres mesures de terrain pour caractériser le manteau neigeux. Ainsi, nous apprenons à comprendre les interactions du manteau neigeux avec le rayonnement micro-ondes, et à interpréter le signal reçu par le satellite.  Les différentes méthodes de mesure de la neige développées au SLF (notamment. SMP, CT…) permettent de mesurer avec une résolution temporelle et spatiale élevée les paramètres intéressants. Conjointement à la densité, c’est surtout la taille des grains des cristaux qui est importante. Grâce à nos mesures de terrain, il est possible également de déterminer la variabilité horizontale du manteau neigeux, et donc d’étudier son influence sur le signal micro-ondes.