Home > News > Degree Defenses > Thèse de Fabien MARNAS, LMD (16/09/2009)

PhD Defense

Fabien MARNAS (LMD)

Title : Mesure du dioxyde de carbone atmosphérique par LIDAR DIAL : préparation d’une future mission spatiale

Date and time : The 16-09-2009 at 14h00

Type : thèse

Université qui délivre le diplôme :

Location : amphithéatre Monge de l’Ecole Polytechnique, Palaiseau
Members of jury :

Georges DURRY (GSMA) Rapporteur
Jacques PELON (LATMOS/IPSL) Rapporteur
Alain DABAS (Meteo France) Examinateur
Razvigor OSSIKOVSKI (LPICM) Examinateur
Myriam RAYBAUT (ONERA) Examinateur
Jean-Yves LABANDIBAR (Thales Alenia Space) Invité
Didier RENAUT (CNES) Invité
Pierre.H FLAMANT (LMD/IPSL) Directeur de Thèse

Summary :

Le dioxyde de carbone atmosphérique est le deuxième gaz à contribuer à l’effet de serre après la vapeur d’eau et le premier d’origine anthropique. La concentration de CO2 atmosphérique a augmenté de 280 ppm en 1850 jusqu’à 380 ppm de nos jours. Il existe aujourd'hui de nombreuses incertitudes sur les interactions et rétroactions entre les processus climatiques et les puits et sources de CO2. Afin de prédire l’évolution du climat il est nécessaire de caractériser les flux de CO2 atmosphérique.

Au regard du réseau de mesure au sol trop épars, le segment spatial constitue un champ d'investigation de premier intérêt pour cette caractérisation. Cependant les missions passives actuelles (GOSAT) souffrent de certaines limitations (mesures de jour, limitées en latitudes....) rendant difficile la caractérisation des flux de CO2. Dans ce contexte, une mesure active DIAL (Differential Absorption LIDAR) devrait permettre d’atteindre les spécifications requises.

Cette thèse s’inscrit donc dans le contexte d’une mission future comme A-SCOPE qui a été étudiée par l’Agence Spatiale Européenne. Il s’agit d’avancer la préparation d’une future mission spatiale dédiée à la mesure du dioxyde de carbone par LIDAR DIAL en colonne totale intégrée. L’objectif de mesure de la concentration est une erreur statistique inférieur à 1 ppm, ainsi qu’un biais différentiel interrégional (50 km * 50 km) inférieur à 0.1 ppm. Dans un premier temps, je présenterai le choix de la raie d’absorption la plus adéquate pour ce type de mesures : la raie R30 de la bande (2001)III ← (000)I, ainsi que les différentes sources d’erreurs et d’incertitudes liées à une telle mesure : incertitudes sur les paramètres spectroscopiques, propriétés spectrales de la source laser, incertitudes sur les paramètres météorologiques ou incertitudes en distance liés aux propriétés des cibles terrestres utilisées...

Dans une seconde partie, je présenterai les résultats obtenus lors d’une collaboration avec le Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique (GSMA) pour la mesure des paramètres spectroscopiques de la raie R 30 du C12O16 par spectrométrie d’absorption diode laser. Les résultats d’une précision jamais atteintes auparavant et leurs implications en termes de biais global et interrégional seront exposés.

Dans une troisième partie, le développement d’une source laser paramétrique (Oscillateur Paramétrique Optique) de puissance dans cette région spectrale (2 μm) sera présenté. Cette source a été développée par l’ONERA dans le cadre d’un contrat de l’Agence Spatiale européenne (ESA). Je présenterai ma contribution quant à la caractérisation spectrale de cette source notamment en termes de pureté spectrale.

Enfin, je présenterais le traitement et l’analyse de mesures LIDAR aéroportées effectués sur différents types de cibles terrestres et plus particulièrement sur le couvert végétal pour connaitre les sources d’erreurs induites par la réflectivité et l’altitude de la surface réflectrice.

Ce travail montre la possibilité d’une telle mesure avec une précision et un biais conformes aux spécifications.

Contact :
Fabien MARNAS, Doctorant LMD, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau cedex, email: fabien.marnas @ lmd.polytechnique.fr, tel: 01.69.33.51.12
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