Les images prises par la plupart des satellites d’observation le sont dans les bandes du visible et de l’infrarouge, ce qui explique que ces images nous montrent principalement des bancs de nuages. Par ailleurs, seuls les mois d’été sont exploitables pour l’imagerie optique. En hiver, ces paysages sont plongés dans l’obscurité. L’arrivée des satellites équipés de radars a tout changé. Depuis le lancement d’ERS-1 en 1991, nous disposons d’une mine de données sur les deux régions polaires et depuis 2002, avec Envisat, la surveillance de ce monde glacé est devenue encore plus fréquente (bandes de 400 km de large).
 
Les radars sont des instruments de télédétection actifs qui envoient des impulsions micro-ondes et en reçoivent l’écho. Une puissance de calcul relativement importante est nécessaire pour évaluer ces échos et produire une image : l’image radar. Les micro-ondes traversent les nuages ce qui permet de toujours avoir une vue parfaite de la surface de la Terre. Mieux encore, les micro-ondes pénètrent dans la végétation et le sol sec et, même, dans la neige sèche. Les radars ne peuvent toutefois pas voir sous l’eau.  
 

	Paysage de l’Antarctique

Les informations que nous voyons sur cette image n’ont rien à voir avec les couleurs comme dans le cas des images satellitaires photographiques et optiques. Les images radar nous montrent la structure de la surface. On parle aussi de rugosité. Sais-tu ce que veut dire rugueux ? Ce qu’est une surface rugueuse ? Pour les radars d’ERS et Envisat, les steppes, les champs et les prés représentent des surfaces lisses tandis que les forêts ou les villes ont des surfaces rugueuses, voire très rugueuses.

 
 

Image radar d’une zone côtière

Il est facile d’observer la rugosité de la surface au niveau des plans d’eau comme les étangs ou la mer. En l’absence de vent, la surface est calme. En termes de réponse radar, elle est lisse (peu ou pas de réponse). Les jours de vent, les plans d'eau se hérissent de vagues dont la hauteur dépend de la vitesse du vent : pour le radar ce cas de figure correspond à une surface rugueuse ou très rugueuse. Une grande partie de l’énergie radar est rétrodiffusée et, sur l’image, cette zone est plus lumineuse. Plus l’image est lumineuse plus la vitesse du vent est élevée. Essaie de répondre à la question suivante: Dans quel niveau de gris les champs, les autoroutes, les pistes et les surfaces d’eau calme apparaissent-ils sur une image du radar d’Envisat ?

Dans un niveau de gris très sombre, bien sûr!
 
 

	L’un des plus grands glaciers de l’Antarctique : le glacier Lambert

Comme tu peux le voir les images sont en noir et blanc. Une zone blanche correspond à une surface rugueuse, une zone plus sombre à une surface lisse. Mais nos images de l’Antarctique représentent un monde étrange, pour nous inconnu, composé principalement de neige et de glace. Nous devons comprendre comment les micro-ondes transmises par le radar réagiront face à cette surface.

Elles devraient en effet rencontrer de la neige, de la glace, des pierres, du gravier, d’autres sols dénudés et de l’eau. Dans le cas de l’eau, nous devons comprendre le concept de rugosité. Les pierres sont essentiellement claires, tandis que les gravillons et, plus encore, les sols dénudés et vaseux apparaissent en noir. Pour la neige et l'eau, les choses se compliquent car les micro-ondes pénètrent dans la neige et la glace très sèches. Cette caractéristique signifie que nous pouvons obtenir des informations à partir de la surface mais aussi à partir du volume.
 
 

Cette image radar du satellite ERS représente un aéroport, des routes, des bâtiments et des champs.

La surface des régions polaires est gelée la plus grande partie de l’année et est, par conséquent, sèche. La partie la plus élevée de l’Antarctique est gelée toute l’année. Elle apparaît d'une couleur sombre dans les images. Les micro-ondes pénètrent en profondeur puis sont finalement absorbées.Il s’agit d’une couverture de neige profonde compressée qui se transforme lentement en glace, sans fondre. C’est ce que l’on appelle la 'métamorphose des cristaux de neige'.

La neige sèche dans les parties inférieures et au niveau de la mer de l’Antarctique apparaît principalement de couleur claire à cause de la congélation et de la fonte. Cela crée des lentilles de glaces, expression qui désigne de minces couches de glace dans la couverture neigeuse. Ces lentilles sont la cause de la forte réponse du radar et, donc, de la couleur très claire que nous voyons sur les images. Toutefois, dans les zones basses, nous pouvons aussi voir une zone sombre. Elle est constituée de sol dénudé ou de neige mouillée. Ces deux éléments se caractérisent par une surface lisse et, compte tenu de leur teneur en eau élevée, les micro-ondes n’y pénètrent pas.
 
 
La situation sur la mer est bien plus complexe car nous avons différents types de glace, des eaux libres ou juste quelques ouvertures linéaires plus ou moins grandes: les chenaux.

La glace, qui est principalement de la glace de mer (de l’eau de mer gelée) revêt de nombreuses formes qui vont des petits morceaux aux icebergs géants en passant par les floes (bancs de glace flottante). Nous devons aussi tenir compte du vent et du courant qui déplacent la glace et l’amassent par endroits, ce qui modifie la forme de la banquise et, donc, notre signal radar.

Nous allons essayer de simplifier l’interprétation des images en nous limitant aux principaux types de glace de mer. Ce faisant, nous allons examiner brièvement les problèmes que la glace peut causer pour la navigation.
 
 

Exemple d’interprétation de différents types de glace

La glace de mer types
 

• Sorbet ou grease ice: couche de glace en phase de formation qui ressemble à de la 'soupe'. Elle lisse la surface de l’eau et la fait apparaître en noir sur l’image radar à l’instar d’un film d’huile (cela ressemble en effet à une marée noire, même si bien sûr, cela n’a rien à voir).

• Shuga: accumulation de morceaux de glace spongieuse. Son aspect est similaire à celui du sorbet mais il lisse davantage la surface de la mer, par exemple en présence de vents plus rapides. Le shuga forme souvent de longues traînées sombres dans le sens du vent tandis que la mer alentour est plus claire à cause des vagues créées par le vent. Les grosses vagues de la houle sont parfois faciles à voir dans ces zones. Le shuga ne pose pas de problèmes aux brise-glaces.

• Glace en crêpes: plaques de glace pouvant atteindre 2 m de diamètre et dont les bords sont légèrement relevés. Ces zones de glace apparaissent de couleur très claire sur une image radar. La houle peut passer à travers ce type de glace et il est possible d’y voir de longues vagues. Les brise-glaces la traversent facilement.

• Glace grise, glace de première année: grands floes de glace qui se chevauchent souvent sous l’effet du vent. Ce type de glace apparaît essentiellement dans un gris plutôt foncé sur une image radar. L'ondulation de la houle y est à peine visible. En général, les brise-glaces la traversent.

• Glace de première année moyenne à épaisse: tandis que les types de glace précédents prennent la température de l’eau, la glace de première année moyenne à épaisse dépasse en général 70 cm d’épaisseur et, par conséquent, isole l’eau de l’air. La surface de ces floes, qui sont généralement de grande taille, est plutôt rugueuse et apparaît donc en clair sur l’image radar. Les brise-glaces ont du mal à la traverser et ont donc tendance à contourner les floes les plus imposants.

• Glace fixe : la glace fixe ou banquise côtière est aussi de la glace de première année, située à proximité des côtes. Il s’agit d’une glace très lisse qui apparaît en gris foncé sur l’image radar. Un bateau qui y pénètre laisse un sillage derrière lui. Les brise-glaces doivent souvent la traverser pour atteindre les stations de recherche à terre. Ils ont parfois du mal à passer.

• Glace de deuxième année et plus: glace de mer de plusieurs mètres d’épaisseur formant souvent de gigantesques floes de glace ou, si elle a presque fondu, de petits icebergs. Les grandes plaques de glace présentent une structure, des fissures regelées, etc. Sur l’image radar, elles apparaissent dans une teinte claire à moyennement claire mais en été, elles peuvent présenter des marques sombres correspondant à des mares d’eau de fusion ou à de la neige mouillée. Les brise-glaces l’évitent et la navigation doit être particulièrement prudente.

  
   
   
  

  ASAR image of 20 November 2003

• Les plaques de glace géantes et les icebergs tabulaires se détachant des glaciers (il ne s’agit pas de glace marine): ces floes gigantesques mesurent des dizaines, voire une centaine de mètres d’épaisseur. Leur surface peut atteindre des centaines de kilomètres carrés et ils apparaissent de couleur claire ou sombre selon leur âge, la couverture en surface et la température ambiante. Tous se caractérisent toutefois par un bord clair et un bord foncé. Le bord clair correspond à la paroi de glace qui est face au radar (le radar ne « regarde » pas verticalement mais sur le côté droit par rapport au sens dans lequel il se déplace sur son orbite). Le bord sombre correspond à la paroi orientée à l’opposé de l’illumination du radar. Les icebergs de plus petite taille apparaissent sous la forme de points lumineux. Les icebergs tabulaires gigantesques peuvent tenir plusieurs mois et même atteindre des latitudes plus basses. Ces blocs de glace sont vraiment dangereux pour les embarcations (souviens-toi du Titanic !). Les brise-glaces évitent par tous les moyens de s’en approcher.

Toutes ces indications vont nous aider à interpréter les images radar prises à proximité des régions arctique et antarctique.