L'étude et la mesure des propriétés de la neige occupent les scientifiques depuis presque un siècle, et ce, pour de nombreuses raisons [1]. Entre autres, pour en savoir davantage sur le fonctionnement des avalanches [2], pour comprendre l'hydrologie de certaines régions [3], pour étudier les changements climatiques [4] ou encore pour étudier les populations de lemmings [5]. Le vent et des gradients de température présents dans le manteau neigeux influencent la structure et les propriétés physiques macroscopiques de la neige tout au long de l'hiver [6]. Actuellement, aucun appareil n'est capable de monitorer l'ensemble de ces changements. Cependant, quelques appareils optiques ont été conçus pour caractériser certains paramètres influençant le transfert radiatif : la surface spécifique SSA, le paramètres d'amplification de l'absorption B et le paramètre d'asymétrie g [7] [8] [9]. Ceux-ci sont limités à faire des mesures d'intensité pouvant déterminer un seul paramètre par géométrie. Les autres paramètres sont ensuite estimés, pouvant induire des erreurs de 10% à 15% sur les données obtenues [10] [11] [8]. Rendre ces appareils sensibles à la polarisation leurs permettraient de faire directement des mesures en intensité et en polarisation évitant ainsi de devoir recourir à des estimations. Pour cela, la polarisation doit varier différemment de l'intensité aux propriétés d'un manteau neigeux et ne pas dépendre de d'autres propriétés inconnues. De nombreux travaux de recherche ont tenté de trouver un lien entre la polarisation et les propriétés de la neige, mais aucun n'a réussi à déterminer d'équation analytique [12] [13] [14] [15] [16]. Ce travail de recherche permet d'investiguer si l'introduction de la polarisation dans un appareil optique pourrait permettre d'introduire un nouveau type de mesure aidant ainsi à la caractérisation des quatre paramètres ciblés. Pour cela, l'effet de chacun des paramètres SSA, ρ, g et B sur la polarisation est étudié. D'abord, l'effet de la forme des cristaux via la variation des paramètres B et g est étudié en concevant des tracés de rayons pour une particule unique. Il est déterminé que ces paramètres varient beaucoup avec la polarisation et que le transfert radiatif, pour une particule donnée, de la polarisation dépend de la forme polarisée de B et g. Ainsi, en généralisant pour un milieu poreux, le transfert radiatif des rayons polarisés dépendrait des formes polarisées de B et g. Par conséquent, la polarisation ne peut être utilisée lorsque la forme des cristaux de neige peut varier, à moins qu'un lien entre les formes non-polarisées et les formes polarisées de B et g existe. Ensuite, les paramètres ρ et SSA sont étudiés dans un milieu neigeux en concevant des tracés de rayons Monte-Carlo et dans un milieu diphasique. Les deux types de tracés de rayons convergent très bien lorsque le paramètre de taille x < 5000 et que la porosité φ < 0.5. L'intensité (I) et le degré de polarisation (DOP) sont étudiés sous plusieurs géométries en transmission et en réflexion. Pour des cristaux peu absorbants (µₐ ≪ µʹₛ), il est vu que le DOP varie en fonction de la SSA et ρ dans le domaine asymptotique de diffusion comme DOP(z) ∝ e [exposant SSA∗ρ∗z], où z est la distance entre la source et le détecteur. Cette relation semble s'avérer indépendante des géométries testées. L'effet de l'absorption est aussi étudié, mais aucune équation n'a permis de caractériser son effet. Cependant, il a été démontré que, pour un milieu peu absorbant (µₐ ≪ µʹₛ), le DOP est indépendant de µₐ et, par conséquent, de la variation de B à la polarisation. Des tests en laboratoire sur des volumes de billes de vitre sont faits pour confirmer la relation DOP(z) ∝ e [exposant SSA∗ρ∗z]. Il est démontré que pour les trois plus petites tailles de billes, l'effet de l'absorption est négligeable sur le DOP (µₐ ≪ µʹₛ). En utilisant les résultats de laboratoire, il est démontré qu'une mesure de polarisation et d'intensité permet de déterminer ρ et SSA d'un milieu poreux. Cette méthode est seulement valide dans l'approximation de l'optique géométrique (x ≪ 100), pour un milieu peu absorbant et pour une forme de particules connue.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/73066 |
| Date | 13 December 2023 |
| Creators | Langelier, Jean-Philippe |
| Contributors | Thibault, Simon, Dominé, Florent |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | mémoire de maîtrise, COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | 1 ressource en ligne (xxi, 142 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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