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Etude spectroscopique des raies de la vapeur d’eau dans le cadre de la mission spatiale MERLIN

publié le

Le CNES et son équivalent allemand la DLR développent actuellement un lidar pour la mesure de la concentration de méthane dans l’atmosphère et l’identification de ses sources d’émission. Cet instrument sera embarqué à bord du satellite MERLIN [1] (Methane Remote Sensing Lidar Mission) dont le lancement est prévu en 2021. Dans le cadre de cette mission notre équipe a été choisie pour réaliser l’étude du spectre d’absorption de la vapeur d’eau qui est l’interférent principal dans la fenêtre sélectionnée autour du multiplet du méthane choisi pour les mesures lidar. La très bonne caractérisation du spectre de la vapeur d’eau dans cette fenêtre est primordiale pour déterminer les concentrations de méthane avec une incertitude suffisamment faible.

L’équipe LAME (Lasers, Molécules, Environnement) du LIPhy est reconnue internationalement dans le développement de techniques laser d’absorption ultra-sensibles. Des absorptions extrêmement faibles peuvent ainsi être mesurées en laboratoire permettant de répondre à des problématiques atmosphériques (détection de traces, caractérisation du spectre des gaz à effet de serre) ou planétologiques (système solaire, exoplanètes). Plus de détails à https://www-liphy.ujf-grenoble.fr/-LAME-?lang=fr. Nous sommes parvenus à mesurer des coefficients d’absorption de l’ordre de 5×10-13 cm-1 par la technique CRDS (Cavity Ring down Spectroscopy), ce qui constitue un record [2] : une telle absorption est si faible qu’une épaisseur de gaz absorbant équivalente à un trajet Terre-Lune (400 000 km) n’induirait une atténuation de l’intensité lumineuse que de 2 %...

Le stage : Le stagiaire participera à la détermination des paramètres spectroscopiques des différentes raies de la vapeur d’eau dans la fenêtre spectrale sélectionnée vers 1.6 µm autour du multiplet R(6) du méthane. Pour cela le spectromètre CRDS sera couplé avec un peigne de fréquence auto-référencé afin d’obtenir une grande exactitude sur l’axe en fréquence des spectres enregistrés [3]. Les spectres seront obtenus en remplissant la cellule CRDS avec de la vapeur d’eau pure puis un mélange de vapeur d’eau dans l’air.

Encadrants :
D. Mondelain (Didier.Mondelain@univ-grenoble-alpes.fr)
S. Kassi (Samir.Kassi@univ-grenoble-alpes.fr )
A. Campargue (Alain.Campargue@univ-grenoble-alpes.fr)

Références :

[1] https://merlin.cnes.fr/
[2] Kassi, S., and Campargue, A. : Cavity ring down spectroscopy with 5×10-13 cm-1 sensitivity. J. Chem. Phys., 137, 234201, doi:10.1063/1.4769974, 2012
[3] D. Mondelain, T. Sala, S. Kassi, D. Romanini, M. Marangoni, A. Campargue, J. 290 Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 154 (2015) 35.