Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
L'albédo, également connu sous le nom de réflectivité solaire, est une mesure de la capacité d'une surface à réfléchir la lumière solaire. L'albédo d'une surface détermine également la quantité de chaleur réfléchie par cette surface. C’est un paramètre essentiel pour appréhender l’équilibre thermique d’une surface soumise au rayonnement solaire, dans le domaine du confort thermique de la climatologie ou concernant les engins spatiaux.
La mesure de l’albédo d’une surface peut se faire in situ ou en laboratoire. En laboratoire la méthode la plus utilisé est une méthode spectrale. Sur site, on utilise généralement le rayonnement naturel du soleil en mesurant, à l’aide d’un pyranomètre, le flux incident et réfléchi. Dans tous les cas, il existe des appareils commerciaux qui permettent la mesure de l’albédo.
Cet article ne couvre pas le domaine de l’albédo des planètes et l’albédo dans le domaine de l’astronomie.
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Albedo, also known as solar reflectivity, is a measure of a surface's ability to reflect sunlight. The albedo of a surface also determines the amount of heat reflected by that surface. It is an essential parameter for understanding the thermal balance of a surface exposed to solar radiation, in the field of thermal comfort, climatology and spacecraft.
The albedo of a surface can be measured in situ or in the laboratory. In the laboratory, the most commonly used method is spectral. On site, the sun's natural rays are generally used to measure the incident and reflected flux using a pyranometer. In all cases, there are commercial devices for measuring albedo.
This article does not cover the albedo of planets or albedo in astronomy.
Auteur(s)
-
Jean-Pierre MONCHAU : Docteur en science de l’ingénieur - Ingénieur Centrale Marseille - IUT de Créteil-Vitry
INTRODUCTION
L’albédo, également connu sous le nom de réflectivité solaire, est la capacité d’une surface à réfléchir la lumière solaire. L’albédo d’une surface détermine également la quantité de chaleur réfléchie par cette surface. L’albédo est un aspect important dans l’étude des changements climatiques. L’albédo agit comme un important régulateur climatique, car les surfaces avec un albédo plus élevé renvoient plus d’énergie solaire à l’espace qu’elles n’en absorbent, ce qui contribue à refroidir la planète.
Les activités humaines affectent l’albédo mondial, et donc, le climat. En effet, la pollution de l’air, les émissions de gaz à effet de serre et les changements dans l’utilisation des terres, peuvent modifier l’albédo des surfaces terrestres, en les rendant sombres et contribuant à augmenter l’absorption de chaleur sur la planète, créant ainsi, dans les villes, des zones chaudes que l’on appelle « îlots de chaleur urbains ».
L’un des exemples les plus frappants de cette influence humaine sur l’albédo est la fonte de la glace dans l’Arctique. La glace réfléchit une grande partie du rayonnement solaire, mais les zones de glace qui ont fondu sont remplacées par de l’eau libre, qui absorbe une grande partie du rayonnement solaire.
De plus, les villes, avec leurs surfaces de bitume et d’asphalte, ont un albédo plus bas que les zones naturelles environnantes, ce qui les rend moins réfléchissantes et plus chaudes. Cet îlot de chaleur urbain est causé par le changement dans l’utilisation des terres autour des villes, la création de routes et d’immeubles, et autres activités humaines. Des villes plus recouvertes de revêtements sombres (béton bitumineux, toitures d’ardoises…) ont donc tendance à être plus chaudes et à absorber plus d’énergie.
En plus des problèmes du climat et de l’urbanisme, il est un secteur qui a besoin des données quantitatives de l’albédo : le spatial. En effet un lanceur ou un satellite dans l’espace est soumis au vide. Cela implique que les échanges thermiques sont exclusivement des échanges radiatifs : dissipation thermique par le rayonnement d’un corps selon la loi de Planck pondérée par l’émissivité, et apport solaire pondéré par l’albédo. Si ce dernier n’est pas contrôlé, il représente, pour une surface au-dessus de l’atmosphère, une valeur d’environ 1 300 W/m2. Il faut donc s’en prémunir par un revêtement réfléchissant adéquat.
Pour cela, les scientifiques ont besoin d’outils fiables pour estimer l’albédo. Les climatologues privilégient les méthodes par télédétection, c’est-à-dire des méthodes satellitaires. Pour ce qui est du secteur de l’urbanisme, la méthode privilégiée est une méthode in situ de terrain, et sur certains éléments de structure une mesure en laboratoire. Pour le secteur de l’aéronautique et du spatial, ce sont essentiellement des méthodes de laboratoire.
L’albédo est un paramètre extrêmement important à prendre en compte dans la lutte contre le réchauffement climatique et les îlots de chaleur urbains. C’est une information essentielle pour la conception thermique d’un engin spatial. Sa mesure répond à des exigences normatives strictes.
L’article décrit le concept d’albédo et comment en effectuer la mesure en laboratoire grâce à un spectromètre balayant tout le spectre solaire. L’albédo est ensuite calculé par pondération de l’énergie spectrale du soleil. Une autre approche, celle-ci de terrain, explique comment, en utilisant le rayonnement solaire, on peut mesurer l’albédo
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MOTS-CLÉS
Climatologie télédetection Îlot de chaleur urbain Réflectance albédo pyranomètre énergie spectrale
KEYWORDS
climatology | remote sensing | urban heat island | reflectance | albedo | pyranometer | spectral energy
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Utilisation de l’albédo et de sa mesure – Domaines d’étude
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1. Définition de l’albédo
L’albédo est une mesure quantitative de la réflectivité d’une surface, qui indique la proportion de la lumière solaire réfléchie par rapport à la lumière solaire incidente. L’albédo varie de 0 (absorbe toute la lumière) à 1 (reflète toute la lumière). Plus le coefficient d’albédo est élevé, plus la surface est réfléchissante. L’albédo peut être utilisé pour quantifier l’énergie solaire réfléchie par la Terre et son atmosphère ou pour caractériser la texture et la couleur des surfaces, comme la neige, les nuages, l’eau ou les surfaces urbaines.
En fonction des domaines applicatifs, plusieurs définitions de l’albédo ont été proposées. La première utilisation du terme albédo qui signifie blancheur en latin a été proposé par l’astronome Jean Henri Lambert au 18e siècle. La définition par les astronomes de l’albédo est généralement une définition bidirectionnelle de cette grandeur. Elle permet de définir la luminance dans la direction d’observation d’une planète ou un satellite naturel éclairé par le soleil.
Cette grandeur s’appelle la réflectance bidirectionnelle, dont la distribution angulaire est la Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) (équation (1) :
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Définition de l’albédo
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SCHAEPMAN-STRUB (G.), SCHAEPMAN (M.E.), PAINTER (T.H.), DANGEL (S.), MARTONCHIK (J.V.) - Reflectance quantities in optical remote sensing – Definitions in case studies, - Remote Sensing of Environment 103 pp. 27–42 (2006).
-
(2) - NICODEMUS (F.E.), RICHMOND (J.-C.) - Geometrical Considerations and Nomenclature for Reflectance, - Vol. 1 sur 2, Institute for Basic Standards National Bureau of Standards Washington, D.C. 20234 (1977). Disponible à ce lien : https://graphics.stanford.edu/courses/cs448-05-winter/papers/nicodemus-brdf-nist.pdf.
-
(3) - BONNEFOY (N.) - Développement d’un spectrophoto-goniomètre pour l’étude de la réflectance bidirectionnelle de surfaces géophysiques : application au soufre et perspectives pour le satellite, - Vol. 1 sur 2, Thèse de doctorat soutenue en 2001 à l’université Joseph Fourier (Grenoble) (2001).
-
(4) - VALETTE (E.), CORDEAU (E.) - Les îlots de chaleur urbains, - vol. 1 sur Île-de-France, n° d’ordonnancement : 08.10.007 (2010) Disponible à ce lien : https://www.institutparisregion.fr/fileadmin/NewEtudes/Etude_774/Les_ilots_de_chaleur_urbains_REPERTOIRE.pdf.
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