Potentialités d'une mesure télédétectée du dioxyde de carbone atmosphérique par spectrométrie par transformation de Fourier statique

par Antoine Lacan

Thèse de doctorat en Physique de la télédétection

Sous la direction de François-Marie Bréon.

Soutenue en 2009

à Versailles-St Quentin en Yvelines .

mots clés

• Dioxyde de carbone atmosphérique -- Mesure
• Fourier, Spectroscopie par transformée de
• Réchauffement de la Terre
• Spectre solaire -- Mesure
• Fourier, Spectroscopie infrarouge à transformée de
• Fabry-Pérot, Interféromètres de

Résumé

L'amélioration de la prédiction de l'ampleur du réchauffement climatique requiert une mesure de la concentration en CO2 dans l'atmosphère à l'échelle globale. Une mesure satellitale pourrait combler ce besoin. Le CNES a développé un instrument de nouvelle génération adapté aux applications de sondage atmosphérique. Cet instrument, un spectromètre par transformée de Fourier statique, présente une masse et des dimensions réduites par rapport aux spectromètres classiques. On étudie l'application du concept à la mesure du CO2, à l'aide d'une maquette au sol représentative d'un instrument embarqué. Celle-ci mesure le spectre solaire à travers l'atmosphère dans une bande d'absorption du CO2 autour de 1,6 µm. La concentration en CO2 est déduite de la profondeur des raies d'absorption. On présente le concept ainsi que sa mise en oeuvre expérimentale, tant pour la conception de l'instrument que pour son l'étalonnage et le traitement des données. Le contenu en information de la mesure est évalué. On présente la procédure d'inversion des mesures. On estime par simulation que l'erreur d'inversion est de l'ordre de ±0,6 ppm pour un objectif de ±1 ppm. Les résultats d'une campagne de mesures atmosphériques sont enfin donnés. Ils mettent en évidence les bonnes performances de l'instrument : on atteint des précisions de mesure compatibles avec l'objectif. La campagne révèle également une sensibilité l'instrument à des paramètres autres que le CO2. Les déformations du spectromètre, dues aux variations thermiques du laboratoire, pourraient par exemple être à l'origine d'erreurs de mesure significatives. Des améliorations simples permettant d'augmenter la précision de mesure sont proposées.

Titre traduit

Potentialities of the atmospheric CO2 remote sensing thanks to static Fourier transform spectrometry

Résumé

A global measurement of atmospheric CO2 concentration is required to improve the prediction of the range of global warming. A satellite mission could provide such a measurement. CNES developed a new generation instrument dedicated to atmospheric sounding. It is a static Fourier transform spectrometer whose mass and size are smaller than those of classical spectrometers. The application of the concept for CO2 sounding is studied thanks to an on ground experimental breadboard representative of a satellite borne spectrometer. The CO2 concentration is deduced from atmospheric spectra at 1. 6 µm thanks to differential spectroscopy technique. The instrumental concept is presented. Then the conception of the spectrometer and the working procedure are described. A study of information content is done. Retrieval simulations show that an error of ±0. 6 ppm can be expected, lower than the ±1 ppm goal. Finally the results of a measurement campaign are given. The retrieval precision is compatible with the objectives. Yet the instrument is also sensitive to disruptive parameters. For example deformations of the instrument could engender significant measurement errors. Instrument improvements are proposed to increase the retrieval precision.