"Mesure du dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique par LIDAR DIAL : préparation d'une future mission spatiale".

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Marnas, Fabien (2009) "Mesure du dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique par LIDAR DIAL : préparation d'une future mission spatiale". Doctorat Physique, Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD), EP/X p.198.

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Résumé

Cette thèse de doctorat traite de la mesure du dioxyde de carbone atmosphérique par LIDAR DIAL et plus particulièrement de la potentialité d’une mesure spatiale. Le CO2 est le deuxième gaz à effet de serre dans l’atmosphère et le premier d’origine anthropique. Afin de pouvoir prédire l’évolution du changement climatique et du climat il est nécessaire de pouvoir prédire l’évolution de ce gaz dans l’atmosphère. Cependant, le cycle du carbone est encore mal compris et des inconnues subsistent notamment sur la localisation des sources et des puits de carbone à la surface de la Terre. Afin de déterminer avec précision ces puits et ces sources, il est nécessaire de pouvoir caractériser avec précision les flux de surface du CO2 atmosphérique. Les stations de mesure au sol étant trop éparses, il est nécessaire d’avoir accès à une mesure globale du CO2. Cependant, les premières missions spatiales passives souffrent de limitations et ne permettent pas d’accéder à la précision requise pour contraindre les flux. C’est pourquoi une mesure active utilisant la technique LIDAR à absorption différentielle DIAL est étudiée ici.

Ce travail en amont vise à préparer une telle mission, afin d’atteindre les précisions requises. Dans un premier temps, la raie d’absorption la plus appropriée est sélectionnée et j’énonce les précisions devant être atteintes sur la mesure. Dans une deuxième partie, l’étude spectroscopique de cette raie d’absorption (raie R 30 de la bande (2001)III ← (000)I) est effectuée. De nouvelles mesures extrêmement précises des paramètres de force de raie et d’élargissements sont réalisées et permettent donc de réduire les erreurs potentielles. Dans une troisième partie, une nouvelles source laser prototype de type DROPO (OPO doublement résonant) répondant aux caractéristiques d’une source laser spatiale, développée à l’ONERA est caractérisée. Les conséquences des propriétés spectrales de cette source en termes d’erreur potentielles sur une mesure sont alors étudiées. Enfin dans une dernière partie les propriétés de la surface, et en particulier de la canopée (qui représente 30 % des surfaces terrestres), et qui sera utilisée comme cible lors d’une mesure spatiale sont étudiées à partir notamment d’expériences aéroportées réalisées par le DLR. La variation d’altitude de la canopée et ses variations de réflectivité sont étudiées et traduites en termes d’erreur sur une mesure DIAL satellite.

Ces travaux me permettent alors de conclure sur la potentialité d’une mesure DIAL spatiale avec la précision requise pour restituer les flux de surface du CO2 et contraindre les modèles de transport.

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