Developpement d'un lidar retrodiffusion compact, operationnel en visee oblique pour l'etude des proprietes optiques et dynamiques des aerosols de la basse atmosphere

• Auteur / Autrice : MICHAEL SICARD
• Direction : Jacques Pelon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Paris 7

Résumé

Les aerosols atmospheriques ont un effet direct (absorption et diffusion des rayons solaires) et indirect (formation des nuages et modification de leurs proprietes) sur le bilan radiatif de la terre. Prochainement des lidars spatiaux (picasso-cena dans le proche futur) permettront un sondage de l'atmosphere a l'echelle globale, et des mesures de reference sol seront alors necessaires. Dans cet objectif, un mini lidar retrodiffusion, portable, en securite oculaire et autonome est developpe par cimel electronique en collaboration avec le service d'aeronomie du cnrs. Dans ce travail de these, des methodes d'analyse adaptees ont ete mises au point. Deux methodes dites directes, appelees m1 et m2, ont ete testees. Elles se basent sur un systeme a deux equations lidar introduites par deux visees differentes. Des erreurs inferieures a 20% sont atteintes pour la restitution de la transmission, t, par m1, et celle du coefficient de retrodiffusion, , par m2. Un rapport signal sur bruit (rsb) d'au moins 20 doit etre atteint dans ces cas-la. Ces methodes se limitent a la restitution d'un seul coefficient et ne sont pas adaptees en atmosphere heterogene. Deux methodes variationnelles (m3 et m4) utilisant des profils lidar multi-angulaires ont ete derivees des methodes directes pour des etudes en atmosphere heterogene. Un cas d'etude a montre que m4 permettait, avec un rsb de 80, de restituer le profil d'epaisseur optique, , jusqu'a 3,3 km avec une incertitude globale de 30%. Un autre cas d'etude a montre que le rsb etait un parametre critique pour ces methodes. Ces resultats sont obtenus sans faire d'hypothese sur le modele d'aerosol. En contraignant les profils restitues par des methodes standard (necessitant des hypotheses) avec ceux restitues par m3 ou m4, un profil de k (rapport retrodiffusion sur extinction) a ete restitue. Ce profil est en bon accord avec ceux de modeles d'aerosols observes par d'autres auteurs. Une methode (m5) utilisant l'avantage de mesures a 2 longueurs d'onde a ete developpee et testee. Elle a permis de restituer des profils du coefficient d'angstrom, a, et du coefficient d'extinction, , a deux longueurs d'onde. Cette methode ouvre de nouvelles perspectives pour la mise au point d'un algorithme couplant mesures lidar et photometriques. Ces methodes ont ete testees et validees par des simulations et par des donnees de campagnes de mesure (indoex et esquif). Un prototype du mini lidar utilisant un laser nd:yag emettant des impulsions de 1 j pendant 1 ns a 532 nm a une cadence de 5 khz, et un telescope de 20 cm de diametre a ete teste.