Mesure de l’émissivité en Namibie sur le site GOBABEB

L’appareil utilisé est le dispositif de mesure d’émissivité EM3 de THEMACS Ingénierie. Ce dispositif est le résultat d’un brevet déposé en 2012 par le CERTES (Université Paris Est Créteil). Le brevet[1] décrit l’appareil, son fonctionnement en[2]. La figure 1 montre l’appareil.

Mesures d’émissivité à large bande:

Les mesures ont été effectuées autour du mât géré par le KIT. Les numéros des points de mesure correspondent aux points marqués autour de la clôture entourant le mât. Ces points ont été repris par Laurent Poutier et Stéphane Langlois de l’ONERA pour les mesures spectrales. L’écart-type de l’émissivité est compris entre 0,005 et 0,009. L’incertitude élargie atteint ainsi un niveau de 0,015 à 0,027.

Compte tenu des mesures effectuées sur ce type de sol, une émissivité moyenne de 0,915 peut être considérée comme la valeur de référence. Les mesures brutes sont données dans le tableau 1. Les moyennes des différentes mesures effectuées sur les points à différents moments sont données dans le tableau 2.

Mesures d’émissivité dans la bande III:

Les mesures suivantes ont été prises dans la bande III. Le filtre fourni par Dexter-Research est illustré à la figure 2. La thermopile a été changée pour la remplacer dans une bande plus proche de celle des radiomètres KT15 et KT19. Cependant, comme le montre la figure 2, la bande est beaucoup plus large que celle de ces radiomètres. Les mesures d’émissivité ne peuvent pas être complètement comparées. Les résultats sont présentés dans les tableaux 3 et 4.

Mesures spectrales de laboratoire:

Ces mesures ont été effectuées en laboratoire et non sur le terrain. Le spectromètre est un Frontier® Perkin-Elmer®, avec une sphère d’intégration Pike®. Les mesures ont été effectuées séparément sur des morceaux de sable et de gravier (quartz supposé). Les échantillons sont présentés à la figure 3.

Les résultats sont présentés aux figures 4 et 5. On peut voir que le gravier a un facteur de réflexion élevé (environ 0,5) et très variable dans la bande de 8-14µm, alors que le sable a un facteur de réflexion très faible (entre 0,04 et 0,15). Le rapport entre le gravier de quartz et le sable influence fortement le facteur de réflexion et donc l’émissivité. L’émissivité est une moyenne de l’émissivité du sable et du gravier pondérée par la surface de chaque composant.

Le calcul de l’émissivité est présenté dans le tableau 5.

Le calcul est fait pour une température de 303K.

Le calcul dans la bande 2-17µm est similaire à la mesure en bande large avec EM3. Pour le sable, la valeur de la réflectance supérieure à 0,4 pour une longueur d’onde inférieure à 2µm explique la différence de ces valeurs (EM3 ε_sol=0.915 , mesure spectrale ε_sable=0.937 ε_gravier=0.873).

Les calculs sont effectués avec différentes bandes :

• 2-17µm (maximum réalisable avec une sphère intégrante)
• 8-14µm la gamme utilisée dans EM3 dans la bande III
• 8-12µm la sensibilité de la caméra thermique A35
• 6-11.5µm la sensibilité du KT-19.85

Pour la dernière, nous avons pris la sensibilité du KT-19.85. II présentée dans la figure 6 pour le calcul d’une émissivité apparente.

Tableau 5

 
A) Spectromètre Frontier®; B) Gravier quartz Gobabeb; C et D) Sable Gobabeb

Conclusion:

La différence de substrat entre le sable et le gravier, et la grande différence de comportement spectral montrent que l’émissivité dépend du rapport de ces deux composantes. La seule comparaison possible est la bande passante de 8-14µm. La mesure avec EM3 montre une émissivité de 0.901 et la mesure spectrale montre une valeur de 0.925 si l’on ne tient pas compte de la valeur du gravier (0.806). Nous avons supposé une réponse plate du détecteur en EM3.

La différence entre les différentes mesures provient de la largeur de bande spectrale des détecteurs. Nous devons construire un dispositif de mesure d’émissivité adapté au radiomètre utilisé pour la mesure thermique. L’émissivité avec mesure spectrale du sable indique une valeur de 0,9365. La juste valeur pourrait être inférieure s’il y a plus de graviers, supérieure à la rugosité du sol. Cette valeur est similaire aux mesures précédentes.

De nouvelles recherches sont nécessaires pour expliquer certaines différences dans les valeurs de mesure.

Figure 6: Sensibilité du KT19-85. II d’après la documentation Heitronics®.