Développement d’un radiomètre hétérodyne laser pour les mesures à distance de profils verticaux des concentrations de gaz polluants et de gaz précurseurs des aérosols dans l’atmosphère

Doctorant: Fengjiao SHEN

Développer de nouveaux instruments permettant de combler le manque de mesures entre les observations au sol et les observations satellitaires est une demande de plus en plus pressante de la communauté scientifique afin d’apporter une meilleure compréhension sur la distribution verticale des polluants et ainsi valider les données satellites dans le but de lutter contre le réchauffement climatique.

Dans ce projet de thèse, nous proposons de développer un radiomètre hétérodyne laser (LHR pour « Laser Heterodyne Radiometer ») innovant capable d’effectuer des mesures intégrées sur la colonne atmosphérique de gaz polluants (gaz à effet de serre, formaldéhyde, ….) et de gaz précurseurs des aérosols (isoprène, SO2, ….) depuis le sol. Le LHR est un système passif utilisant la lumière solaire comme source spectrale pour des mesures continues, longues-distances et longues-durées de traces de gaz dans la colonne atmosphérique par spectroscopie d’absorption (Ref. E. L. Wilson, M. L. McLinden, et al, « Miniaturized laser heterodyne radiometer for measurements of CO2 in the atmospheric column », Appl. Phys. B 114 (2014) 385-393).

En collaboration étroite avec le Laboratoire d’Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères (LERMA) de l’observatoire de Paris et de l’Université Pierre et Marie Curie (UPMC), la réalisation du projet comportera quatre volets: (1) le développement instrumental d’un mini-LHR comprenant deux parties : « hétérodynage optique » et « réception électronique »; (2) la campagne de mesures des spectres d’absorption intégrée sur la colonne atmosphérique; (3) le développement d’un algorithme d’inversion des spectres afin d’obtenir le profil vertical de concentration de GES; (4) la validation des mesures par comparaison avec l’instrument FTS-Paris du LERMA installé dans le réseau d’observation mondial TCCON (http://www.tccon.caltech.edu/).

Ces travaux s’inscriront dans le cadre du projet LABEX CaPPA : la métrologie optique de l’isoprène (WP1).

Mots clés: Instrumentation optique – Optoélectronique – Spectroscopie – Laser – Traces de gaz

Directeur de thèse: Prof. Weidong Chen (LPCA)

Laboratoire: LPCA

Financement: ULCO / Labex CaPPA