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Accueil > Équipes > LAsers, Molécules et Environnement > Thématiques > Spectroscopie d’absorption ultra-sensible

Spectroscopie de grande exactitude en support de missions spatiales

publié le , mis à jour le

 

Alain CAMPARGUE
Samir KASSI
Didier MONDELAIN

 

Notre équipe est impliquée dans plusieurs missions satellitaires qui ont pour but de déterminer les gaz à effet de serre (CO2 et CH4) dans l’atmosphère avec une grande exactitude.
La mission MicroCarb du CNES (lancement prévu en 2021), par exemple, va cartographier, à l’échelle planétaire, les sources et les puits du dioxyde de carbone. Cette mission, en cours de développement nécessitera de déterminer la colonne intégrée de dioxyde de carbone atmosphérique avec une exactitude de 0.3% en utilisant les bandes de CO2 centrées à 1.61 et 2.06 µm. Pour cette mission notre équipe est en charge de la spectroscopie détaillée, par CRDS assistée par un peigne de fréquences, de la bande à 1.27 µm (7875 cm-1) de O2 (Figure 1). En effet, la connaissance exacte de la masse d’air est nécessaire pour convertir les quantités totales observées pour les gaz à effet de serre en fractions molaires moyennées sur la colonne qui peuvent ensuite être comparées avec les mesures in situ par ballon ou avion. La masse d’air sondée est obtenue à partir de l’oxygène moléculaire dont la fraction molaire (20.95%) est constante dans toute l’atmosphère jusqu’à une altitude de 100 km environ. Une part significative de l’incertitude sur les fractions molaires retrouvées pour les gaz à effet de serre provient de la spectroscopie de l’oxygène moléculaire. La colonne d’oxygène est obtenue exclusivement avec la bande a1Δg-X3Σ-g de l’oxygène moléculaire vers 1.27 µm et/ou avec la bande A, beaucoup plus intense, centrée à 0.76 µm.


Figure 1. Panneau de gauche : Coefficients binaires de la CIA obtenus à partir de spectres CRDS à différentes pressions. Panneau de droite : spectre CRDS de O2 entre 7919.8 and 8085.3 cm-1 à 10 Torr. La succession de zooms illustre la sensibilité et la dynamique de mesure des enregistrements avec un niveau de bruit de 1.7×10cm-12 cm-1.

La mission franco-allemande MERLIN, dont le lancement est prévu en 2024, a pour objectif de mesurer avec une incertitude inférieure à 0.3% la colonne intégrée du méthane atmosphérique. Pour cela un instrument lidar (light detection and ranging) IPDA (Integrated Path Differential Absorption) émettra à deux longueurs d’onde, l’une absorbée, λON, par le méthane et l’autre pas, λOFF, autour du multiplet R(6) du méthane vers 1.6 µm. Cet instrument permettra de mesurer les gradients spatiaux et temporels de cette molécule afin de contraindre les flux de surface. Nous avons réalisé la spectroscopie de la vapeur d’eau qui est l’interférent principal du méthane dans cette région du spectre en utilisant la technique CRDS assistée par un peigne de fréquence (Figure 2).


Figure 2. Spectre d’absorption de la vapeur d’eau pure enregistré par CRDS dans la région λON et λOFF de l’instrument MERLIN.