La compréhension de notre environnement nécessite l''étude de phénomènes radiatifs à l''interface surface - atmosphère. Ces échanges d''énergie sont analysés à différents niveaux d''échelle suivant la résolution spatiale du capteur. Cette thèse traite du domaine spectral infrarouge (3-14µm) et s''intéresse aux milieux urbains. L''objectif est de caractériser les propriétés optiques et les températures de surface à partir de mesures directionnelles et spectrales. Pour cela, une première partie détaille la modélisation du signal en décrivant chacune de ses composantes radiatives. La suite des travaux introduit l''analyse de l''agrégation lors d''un changement d''échelle spatiale. Enfin, la dernière partie décrit l''inversion du modèle d''agrégation dans le but de retrouver les paramètres intrinsèques des surfaces à partir de données hyperspectrales multi-angulaires. La méthode d''inversion est basée sur la méthode des moindres carrés optimisée par l''algorithme de Gauss-Newton. Une analyse de sensibilité fixe les contraintes et les conditions d''applications de cette méthode. Les résultats de ces travaux sont utilisés dans les études des îlots de chaleur urbains.
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