ESSAIS EN VOL ET MISE AU POINT DE LA SONDE MINI-SAOZ EN ARCTIQUE

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Lโ€™intรฉrรชt dโ€™une nouvelle sonde mini-SAOZ

A ces dรฉbuts, le SAOZ utilisait une technologie, apparue au dรฉbut des annรฉes 1980, de dรฉtecteurs en barrettes de photodiodes et un spectromรจtre ร  champ plan. De nombreuses รฉvolutions et amรฉliorations de lโ€™instrument et du aissonc de vol ont รฉtรฉ faites au cours du temps. Une nouvelle sonde, le SAOZ-BrO, a รฉtรฉ conรงue pour mesurer les quantitรฉs de BrO avec une meilleure prรฉcision ร  la fin des annรฉes 90. Des changements expรฉrimentaux au niveau de lโ€™optique dโ€™entrรฉe ont รฉtรฉ rรฉalisรฉs pendant cette mรชme pรฉriode (Pundt, 1997). Le caisson SAOZ a รฉgalement subi des modifications pour sโ€™adapter ร  des vols de longue durรฉe MIR (Denis, 1999).
De nos jours, la technologie de la version SAOZ est dรฉpassรฉe, aussi bien du point de vue optique que spectroscopique avec des composants devenus obsolรจtes. Le dรฉveloppement du nouvel instrument, le mini-SAOZ, permet de combiner des technologies modernes et des performances qui nโ€™existaient pas auparavant. Les avantages innovants de cette nouvelle gรฉnรฉration de spectromรจtres sont un encombrement rรฉduit, un faible poids (716g) et une faible consommation dโ€™รฉnergie. Ces nouveaux aspects permettent une plus grande souplesse opรฉrationnelle lors des vols ballons, en particulie lors de campagnes de mesures destinรฉes ร  lโ€™รฉtude des systรจmes convectifs, oรน le ballon doit se rapprocher au plus prรจs de ces phรฉnomรจnes. Lโ€™embarquement de deux spectromรจtres sur une mรชme nacelle va alors devenir rรฉalisable et rendra possible lโ€™acquisition simultanรฉe des donnรฉes dans lโ€™UV-Visible et le proche Infrarouge. Cette nacelle de 12 kg peut dรฉsormais รชtre embarquรฉe sous des ballons de 1500 m3, avec moins de contraintes mรฉtรฉorologiquesau sol avant les lรขchers. Le nouvel instrument prรฉsente une rรฉsolution spectrale plus ine,f un รฉchantillonnage plus grand, une sensibilitรฉ plus รฉlevรฉe, et un rapport signal/bruitplus grand. Tous ces aspects amรฉliorent considรฉrablement les rรฉsultats et permettent dโ€™obtenir des incertitudes sur les donnรฉes plus faibles (3 ร  5 fois plus faibles pour O 3 et NO2 et 7.5 plus faible pour H2O). Le dรฉveloppement du mini-SAOZ va donc devenir une avancรฉe considรฉrable dans lโ€™รฉtude des constituants atmosphรฉriques minoritaires de la basse stratosphรจre.

Lโ€™OCCULTATION SOLAIRE

Au cours dโ€™une occultation solaire, le spectre dโ€™abs orption est modifiรฉ suivant le type de constituants atmosphรฉriques qui se trouvent sur la ligne de visรฉe. Lโ€™analyse spectrale de ces absorptions va nous permettre de dรฉfinir la constitution de lโ€™atmosphรจre.
Les mesures des concentrations des constituants minoritaires de lโ€™atmosphรจre se font principalement durant toute la journรฉe, par temps clair ou nuageux. Lors dโ€™un vol ballon, lโ€™acquisition des donnรฉes se fait en deux temps (figure 5) ; ร  la montรฉe avec un angle zรฉnithal solaire (SZA) < 90ยฐ et depuis le plafond au coucher ou au lever du soleil ร  un SZA > 90ยฐ (occultation).
Pendant la montรฉe les rayons solaires traversent toutes les couches de lโ€™atmosphรจre. Au plafond, ils pรฉnรจtrent seulement dans les hautes couches de la stratosphรจre et de la haute troposphรจre. Lorsque le parcours optique est maximal, cโ€™est-ร -dire quand le flux solaire traverse une grande รฉpaisseur atmosphรฉrique, on passe par un minimum dโ€™altitude appelรฉe altitude tangente. Cโ€™est ร  cette altitude que seron t calculรฉs les profils verticaux des composants atmosphรฉriques.

LES COLONNES OBLIQUES DES CONSTITUANTS ATMOSPHERIQUES

La colonne oblique dโ€™un constituant atmosphรฉrique suivant la ligne de visรฉe reprรฉsente le nombre de molรฉcules de cette espรจce entre la sourcedโ€™รฉmission, le Soleil et le spectromรจtre ร  un instant donnรฉ. La mรฉthode dโ€™analyse utilisรฉe pour traiter les donnรฉes brutes du mini SAOZ est basรฉe sur la mรฉthode DOAS (Differential OpticalAbsorption Spectroscopy). Depuis 1926, de nombreuses techniques spectroscopiques ont รฉtรฉ dรฉveloppรฉes pour la mesure des constituants traces de lโ€™atmosphรจre (Stutz, et al., 1996). Cette mรฉthode de calcul diffรฉrentiel fut introduite en 1975 et 1979 par Noxon (1975), Noxon et al. (1979) et Platt et al. (1979). Cette analyse spectrale se dรฉcompose en plusieurs รฉtapes en commenรงant par le choix dโ€™un spectre de rรฉfรฉrence puis la gรฉnรฉration de sectionsefficaces diffรฉrentielles dโ€™absorption pour chaque composant รฉtudiรฉ et enfin le calcul des colones obliques par une corrรฉlation des moindres carrรฉs. Nous dรฉtaillerons toutes les รฉtapes citรฉes prรฉcรฉdemment.

Le spectre de rรฉfรฉrence et le recalage en longueur dโ€™onde

En thรฉorie, le spectre de rรฉfรฉrence est le spectredu soleil hors atmosphรจre qui ne contient aucune signature dโ€™absorption. Lโ€™altitude du ballon รฉtant limitรฉe, ce spectre de rรฉfรฉrence contient donc une absorption rรฉsiduelle qui devra รชtre estimรฉe.
Le choix du spectre de rรฉfรฉrence au cours du vol doit remplir plusieurs conditions :
โ€ข Lโ€™intensitรฉ du signal doit รชtre maximale.
โ€ข Le temps de pose doit รชtre le plus faible possibleafin de rรฉduire le bruit.
โ€ข Le spectre ne doit pas รชtre saturรฉ.
Ces conditions sont rรฉunies pendant un vol, ร  lโ€™arrivรฉe du ballon au plafond. En effet, lโ€™altitude maximale est atteinte (environ 30 km) avec les plus faibles trajet optique et angle zรฉnithal. La contribution de lโ€™absorption atmosphรฉrique est alors minimale et le flux solaire est le plus intense. Plus lโ€™absorption des espรจces minoritaires sera faible, plus lโ€™incertitude sur lโ€™absorption rรฉsiduelle sera rรฉduite.
Pour chaque vol il faut dรฉfinir une unique rรฉfรฉrencdont les caractรฉristiques seront diffรฉrentes dโ€™un vol ร  un autre, aussi bien du point vue enviro nnemental quโ€™instrumental, cโ€™est-ร -dire en calage en longueur dโ€™onde et rรฉsolution du spectromรจtre.
La premiรจre รฉtape de lโ€™analyse consiste ร  recaler chaque spectre en longueur dโ€™onde sur le spectre de rรฉfรฉrence. En effet, pour chaque nouveauspectromรจtre, une loi de dispersion, de type polynรดmial dโ€™ordre 3, est dรฉfinie par le fabricant, ร  partir des caractรฉristiques du spectromรจtre (rรฉseau, fente dโ€™entrรฉe). Cependant cette loi reste thรฉorique. Pour dรฉfinir la loi en longueur dโ€™onde effective, chaque spectre est recalรฉ sur la rรฉfรฉrence en utilisant les raies solaires de Fraunhofer prรฉsentes dans tout spectre dont les positions en longueur dโ€™onde sont connues de faรงon prรฉcise. Ces raies sont dues ร  lโ€™a bsorption par les molรฉcules et les ions de lโ€™atmosphรจre solaire dont la position est donnรฉe par un spectre solaire ร  haute rรฉsolution, appelรฉ spectre de Kurucz, enregistrรฉ depuis le solร  lโ€™observatoire de Kitt Peak aux Etats-Unis.

Le dioxyde dโ€™azote (NO2)

Le dioxyde dโ€™azote est une molรฉcule absorbante sur lโ€™ensemble des domaines spectraux de lโ€™UV-Visible et du proche Infrarouge. Les structures spectrales de NO2 sont trรจs รฉtroites ce qui permet de les distinguer des bandes de O3 qui couvrent le mรชme domaine spectral.
Les jeux de sections efficaces disponibles dans la littรฉrature ne couvrent pas lโ€™ensemble des domaines spectraux du mini-SAOZ. Une compilation de plusieurs mesures est nรฉcessaire (figure 9)
โ€ข De 238.082 nm ร  666.563 nm : sections efficaces de Vandaele et al. (1998) du laboratoire de lโ€™IASB (Institut dโ€™Aรฉronomie Spatiale de Belgique) mesurรฉes avec un spectromรจtre ร  transformรฉe de Fourier (FTS : Fourie Transform Spectroscopy).
โ€ข De 666.681 nm ร  724.162 nm : sections efficaces de (Vandaele, et al., 2002) mesurรฉes รฉgalement ร  220 K et disponibles dans le proche infrarouge (courbe rouge).
Lโ€™innovation de ces nouvelles mesures est la haute rรฉsolution ร  laquelle elles ont รฉtรฉ rรฉalisรฉes, soit entre 0.05 et 0.1 cm. Ces nouvelles sections ne font que confirmer la prรฉcision des anciennes donnรฉes dรฉjร  existantes.
โ€ข De 724.162 nm ร  929.786 nm : sections efficaces de SCIAMACHY mesurรฉes ร  293K (Burrows, et al., 1998) dans le vide, ramenรฉes dans lโ€™air par la loi dโ€™Edlen (courbe noire).

Le formaldรฉhyde (CH2O ou H2CO)

Pendant longtemps, les sections efficaces de Cantrell et al. (1990) รฉtaient utilisรฉes comme rรฉfรฉrence par la base de donnรฉes HITRAN. Elles รฉtaient mesurรฉes ร  lโ€™aide dโ€™un spectromรจtre ร  transformรฉe de Fourier ร  plusieurs tempรฉratures entre 223K et 293K ร  une rรฉsolution de 0.011 nm. En 2000, Meller et Moortgat fournissaient de nouvelles sections, avec des intensitรฉs de raies plus รฉlevรฉes. De rรฉcentes mesures furent effectuรฉes en 2010 par Chance et Orphal (2011) en tenant compte des avantages de chaque jeu de sections : une combinaison de la rรฉsolution fine et de la calibration en longueur dโ€™onde de Cantrell avec les intensitรฉs des raies de Meller et Moortgat. Actuellement le comitรฉ de HITRAN recommande lโ€™utilisation de ces nouvelles donnรฉes.

Le dioxyde de chlore (OClO)

De la mรชme faรงon que BrO, OClO joue un rรดle important dans la destruction de lโ€™ozone pendant lโ€™hiver polaire. Au crรฉpuscule, sa concentration est directement liรฉe ร  celle de ClO. Pendant plus de dix ans, les sections efficaces mesurรฉes par Wahner et al. (1987) ร  une rรฉsolution de 0.25 nm et ร  plusieurs tempรฉratures 204K,( 296K et 378K) รฉtaient considรฉrรฉes comme la rรฉfรฉrence pour la dรฉtection dโ€™OClO. Cependant, des erreurs de calibration en longueurs dโ€™onde et une rรฉsolution limitรฉe ont menรฉร  des choix diffรฉrents. De rรฉcentes sections ont รฉtรฉ mesurรฉes par Kromminga et al. (2003) ร  plusieurs tempรฉratures (213K, 233K, 253K, 273K et 293K) en utilisant un FTS ร  haute rรฉsolution (0.01-0.02 nm). Sur la figure 16, une comparaison a รฉtรฉ faite, comme pour BrO, avec outes les sections efficaces dโ€™OClO existant actuellement (Keller-Rudek et Moortgat, 2011).

Lโ€™analyse diffรฉrentielle et les colonnes obliques

Le principe de lโ€™analyse diffรฉrentielle consiste en un calcul de corrรฉlation des moindres carrรฉs entre le spectre dโ€™attรฉnuation et les sections efficaces dโ€™absorption pour chaque constituant atmosphรฉrique. Dans ce paragraphe nous allons prรฉsenter les รฉtapes successives qui mรจnent ร  la mesure des colonnes obliques des espรจces.
Pour chaque spectre mesurรฉ, nous acquรฉrons son courant dโ€™obscuritรฉ correspondant que lโ€™on soustrait du signal pour รฉliminer le bruit propre au dรฉtecteur. Le spectre est comme indiquรฉ prรฉcรฉdemment recalรฉ en longueur dโ€™onde par rapportau spectre de rรฉfรฉrence.
Le spectre dโ€™attรฉnuation est le logarithme du rapport du spectre recalรฉ sur le spectre de rรฉfรฉrence. Ensuite deux sortes de filtres sont appliquรฉs sur le spectre dโ€™attรฉnuation ainsi que sur les sections efficaces. Tout dโ€™abord un filtre passe haut pour รฉliminer les structures ร  larges bandes (Rayleigh, Mie), puis un filtre passe bas pour supprimer les structures fines.
Pour chaque espรจce, on adaptera les largeurs des filtres afin dโ€™obtenir la plus faible incertitude sur la mesure. On parle de mรฉthode dite ยซ analyse diffรฉrentielle ยป. On corrรจle alors le spectre avec les sections efficaces par la mรฉthode des moindres carrรฉes. La pente de la droite de corrรฉlation reprรฉsente la quantitรฉ du constituantuivants la ligne de visรฉe et lโ€™รฉcart type sur cette mรชme pente est une estimation de lโ€™erreur surla mesure.
Chaque espรจce atmosphรฉrique absorbe le rayonnementsolaire sur un domaine spectral qui lui est propre. Cependant certains absorbants prรฉsenten des intervalles en longueur dโ€™onde qui se croiseront. Pour รฉliminer toute interfรฉrence entreles constituants on utilise une mรฉthode dโ€™analyse itรฉrative. On commence par mesurer un premier constituant dont on soustrait la quantitรฉ sur lโ€™ensemble du spectre. Puis on continue avec un deuxiรจme absorbant jusquโ€™ร  ce que tous les constituants aient รฉtรฉ mesurรฉs. On a lorsa effectuรฉ la premiรจre รฉtape. Pour la deuxiรจme รฉtape, on rรฉinjecte la densitรฉ de colonnemesurรฉe auparavant pour chaque รฉlรฉment afin dโ€™affiner la mesure. Lโ€™opรฉration est rรฉpรฉtรฉee lnombre de fois nรฉcessaires pour assurer une convergence.
Lโ€™ordre dans lequel sont traitรฉs les absorbants est dรฉfini en fonction des interfรฉrences quโ€™ils gรฉnรจrent. On commencera par les constituants qui prรฉsentent des structures fines et qui sont peu sensibles aux autres. On prendra en compte lโ€™effet Ring en premier car il perturbe beaucoup dโ€™autres absorbants, surtout NO 2, et est prรฉsent sur lโ€™ensemble du spectre.

La mรฉthode dโ€™inversion dite de ยซ pelure dโ€™oignon ยป

Lโ€™hypothรจse de base est la symรฉtrie sphรฉrique des ouches de lโ€™atmosphรจre, ce qui signifie que chaque couche est homogรจne en concentration sur son รฉpaisseur et sur la distance de ligne de visรฉe. On dรฉcoupe lโ€™atmosphรจre en couches concentriques de 1 km dโ€™รฉpaisseur, ce qui correspond ร  la largeur ร  mi-hauteur de la distribut ion de lumiรจre du disque solaire.
Pour chaque couche on calcule la longueur du trajet optique qui dรฉpend de lโ€™angle zรฉnithal et de lโ€™altitude du ballon en prenant en compte la rรฉfraction des rayons solaires qui intervient ร  partir de SZA>90ยฐ. Les rayons rรฉfractรฉs auront une courbure plus importante et le trajet optique sera alors rallongรฉ. Pour cela il faut distinguer les mesures faites pendant la montรฉe avec un SZA infรฉrieur ร  90ยฐ, peu sensibles ร  la rรฉfraction, et celles pendant lโ€™occultation avec un SZA supรฉrieur ร  90ยฐ.
En premier lieu on estime pour chaque constituant la colonne oblique persistant dans le spectre de rรฉfรฉrence, que lโ€™on appelle rรฉsidu. La procรฉdure consiste ร  normaliser la concentration de lโ€™espรจce mesurรฉe ร  la montรฉe immรฉdiatement avant lโ€™arrivรฉe du ballon au plafond et celle mesurรฉe au tout dรฉbut de lโ€™occultation sous un angle zรฉnithal plus grand.
La premiรจre รฉtape consiste ร  estimer la colonne au-dessus du point tangent le plus รฉlevรฉ et 66 km, au-delร  duquel la concentration de lโ€™espรจce est considรฉrรฉe comme nรฉgligeable. Pour cela on prend un profil vertical climatologique. On peut ainsi en dรฉduire un facteur de normalisation entre la densitรฉ de colonne ร  lโ€™altitude du premier point tangent et celle mesurรฉe. On multiplie la concentration du profil climatologique ร  lโ€™altitude tangente concernรฉe par ce facteur pour obtenir celle du premier point tangent du profil vertical.
Les concentrations dans chaque couche sont ensuite calculรฉes en commenรงant par lโ€™altitude tangente la plus รฉlevรฉe suivant la formule : 0H 9 . I)Jยฌ . Kโˆ‘O* P+ 0H 9 M 3 8 M, . โˆ‘O* P+ 0H 9 M 3 8 M, . U. oรน Qmes(i) est la colonne oblique dans la couche i, Conc(j) les concentrations dans les couches supรฉrieures, entre j=i+1 lโ€™altitude tangente et 66 km, et entre lโ€™altitude tangente et lโ€™altitude du ballon. L(j,i) reprรฉsente le trajet optique dans les couches supรฉrieures, alors que L(i) dรฉsigne le trajet optique dans la couche i concernรฉe.
Lโ€™erreur sur la concentration se propage vers les basses altitudes au cours de lโ€™inversion. Elle est calculรฉe ร  partir de lโ€™erreur alรฉatoire sur lamesure de la colonne oblique. Pour une couche atmosphรฉrique i, on somme les erreurs R des couches i et i+1 en suivant lโ€™รฉquation : mes VWSTW . V)Jยฌ . V)Jยฌ . 1 8 .
Au point tangent le plus haut en altitude on considรจre une erreur nulle.

LA FIBRE OPTIQUE ET LA TETE OPTIQUE

Lโ€™utilisation dโ€™une fibre optique dans le systรจme instrumental du mini SAOZ est une innovation. Elle permet une plus grande libertรฉ dans le montage de lโ€™instrument ainsi quโ€™une lumiรจre homogรจne sans lโ€™ajout de diffuseurs utilisรฉ dans la version passรฉe (Pundt, 1997). Le principe consiste ร  transmettre le rayon lumineux ร  travers la fibre par rรฉflexions successives. Elle se compose de plusieurs รฉlรฉments (figure 31) :le cล“ur avec une รฉpaisseur variant de 50 m ร  1 mm, fait de silice permettant une faible abso rption du rayonnement solaire ; la gaine faite ร  partir dโ€™un matรฉriau ayant la particularitรฉdโ€™avoir un indice de rรฉfraction plus faible que le noyau ; et enfin une protection autour de lโ€™ensemble pour pallier sa fragilitรฉ.

EFFET DE SECOND ORDRE

Dans le cas dโ€™un rรฉseau, la lumiรจre est dรฉviรฉe pardiffraction et se rรฉpartit sur diffรฉrents ordres k. Pour chaque ordre il existe un spectre. Dans notre cas, celui qui nous intรฉresse est celui dโ€™ordre 1.
Cependant, des spectres dโ€™ordre supรฉrieur peuvent exister dans les grandes longueurs dโ€™onde du spectromรจtre et interfรฉrer avec celui de premierordre. Par exemple, un spectre de second ordre apparaรฎtra, sโ€™il existe, ร  partir de la longue ur dโ€™onde ฮป = 2 x ฮป0, avec ฮป0 la longueur dโ€™onde initiale du spectromรจtre. Son intensitรฉ rest cependant beaucoup plus faible que le spectre de premier ordre.
Sur le premier modรจle du mini-SAOZ, dont le domaine spectral sโ€™รฉtendait de 265 nm ร  820 nm, des tests avaient รฉtรฉ rรฉalisรฉs avec un filtreassep haut, qui ne transmettait le flux solaire quโ€™ร  partir de la longueur dโ€™onde 620 nm. Ces essai s nโ€™ont pas rรฉvรฉlรฉ la prรฉsence dโ€™un spectre de second ordre. Lโ€™utilisation de rรฉseaux dits ยซ blazรฉs ยป, concentrant un maximum d’รฉnergie dans l’ordre 1 autour de la longueur d’onde dรฉfiniepar le fabriquant, au dรฉtriment des autres ordres, explique lโ€™absence du spectre de second ordre.

LES PIXELS CHAUDS

Comme vu prรฉcรฉdemment, un dรฉtecteur CCD peut prรฉstenr des dรฉfauts sur ses pixels, dont certains appelรฉs pixels chauds peuvent saturer trรจsrapidement ร  un temps de pose รฉlevรฉ (SZA รฉlevรฉ), et entraรฎner la saturation du spectre. Unecorrection est alors nรฉcessaire pour les supprimer.
La premiรจre รฉtape est de repรฉrer lโ€™existence et laposition des pixels chauds en mesurant des courants dโ€™obscuritรฉ ร  diffรฉrents temps de pose. Ilest facile de les repรฉrer sur la figure 39, par leurs signatures caractรฉristiques en pics, sur un seul pixel (ici sur les pixels 104, 1489, 1529 et 1885).

Conditions mรฉtรฉorologiques

La figure 44 reprรฉsente la tempรฉrature relevรฉe parradiosondage le mรชme jour. En 2010 le rรฉchauffement final de la stratosphรจre polaire sโ€™est produit dรจs la fin janvier et ร  tous niveaux la tempรฉrature nโ€™est jamais infรฉrieure ร  -60ยฐC. La tropopause est ร  environ 9 km dโ€™altitude.
Les figures 45 et 46 reprรฉsentent les cartes de vorticitรฉ potentielle ร  12 TU les 29 et 30 avril calculรฉes par le modรจle MIMOSA disponibles sur le ites ETHER (ether.ipsl.jussieu.fr/). MIMOSA (Modรฉlisation Isentrope du transport Mรฉso-รฉchelle de l’Ozone Stratosphรฉrique par Advection) est un modรจle de calcul dโ€™advection de contour ร  haute rรฉsolution ร  partir des donnรฉes mรฉtรฉorologiques issues des analyses ECMWFEuropean( Center for Medium-Range Weather Forecast) (Hauchecorne et al., 2002). Les points jaunes sur les figures reprรฉsentent les positions du point tangent (identiques ร  celles du ballon ร  la montรฉe lorsque lโ€™angle zรฉnithal est infรฉrieur ร  90ยฐ). La figure 45 montre la position de ceux-ci ร  la montรฉe ร  gauche et ร  lโ€™occultation du soir ร  droite sur les cartes du 29 avril ร  12 TU et la figure 46, lโ€™occultation du matin sur les cartes du 30 avril ร  12 TU.

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Table des matiรจres

INTRODUCTION GENERALE ET OBJECTIFS SCIENTIFIQUES
I. GENERALITES SUR LA DYNAMIQUE DES ECHANGES TROPOSPHERE-STRATOSPHERE
A. La dynamique stratosphรฉrique
B. La ยซTropical Tropopause Layer ยป
C. Les รฉchanges troposphรจre-stratosphรจre
D. Le transport de la vapeur dโ€™eau dans la basse stratosphรจre
II. POURQUOI UNE NOUVELLE SONDE MINI-SAOZ ?
A. Lโ€™historique du SAOZ
B. Lโ€™intรฉrรชt dโ€™une nouvelle sonde mini-SAOZ
III. OBJECTIFS ET PLAN DE THESE
PREMIERE PARTIE : Lโ€™INSTRUMENT MINI-SAOZ : DESCRIPTION ET ANALYSE
CHAPITRE 1 : INTRODUCTION
CHAPITRE 2 : PRINCIPE DE MESURE PAR SPECTROMETRIE ET TRAITEMENT DES DONNEES
I. INTRODUCTION
II. LA SPECTROMETRIE UV-VISIBLE
III. Lโ€™OCCULTATION SOLAIRE
IV. LES COLONNES OBLIQUES DES CONSTITUANTS ATMOSPHERIQUES
A. Le principe de lโ€™analyse spectrale
B. Le spectre de rรฉfรฉrence et le recalage en longueur dโ€™onde
C. Les sections efficaces
1) Lโ€™ozone (O3)
2) Le dioxyde dโ€™azote (NO2)
3) La vapeur dโ€™eau (H2O)
4) Le dioxygรจne (O2)
5) Le complexe de collision O2-O2 (O4)
6) Le formaldรฉhyde (CH2O ou H2CO)
7) Le monoxyde de brome (BrO)
8) Le dioxyde de chlore (OClO)
9) Les sections efficaces ยซ DO3 ยป
10) Les sections efficace ยซ RING ยป
D. Lโ€™analyse diffรฉrentielle et les colonnes obliques
V. LA METHODE Dโ€™INVERSION
A. La mรฉthode dโ€™inversion dite de ยซ pelure dโ€™oignon ยป
B. Le modรจle de rรฉfรฉrence
C. Lโ€™indice de rรฉfraction et le rayon de la Terre
D. Lโ€™altitude tangente
E. Le parcours optique
F. Cas de lโ€™inversion ร  la montรฉe
VI. BILAN DES ERREURS
A. Les erreurs alรฉatoires
1) Le courant dโ€™obscuritรฉ
2) Les mesures
B. Les erreurs systรฉmatiques
VII. CONCLUSION
CHAPITRE 3 : LA SONDE MINI-SAOZ
I. INTRODUCTION
II. DESCRIPTION
III. LE SPECTROMETRE
IV. LA FIBRE OPTIQUE ET LA TETE OPTIQUE
V. Lโ€™ELECTRONIQUE DE BORD
VI. FONCTIONNEMENT
VII. CONCLUSION
CHAPITRE 4 : CARACTERISATION DU MINI-SAOZ
I. INTRODUCTION
II. TESTS EN CUVE THERMIQUE
III. LINEARITE DU DETECTEUR
IV. EFFET DE SECOND ORDRE
V. LES PIXELS CHAUDS
VI. CONCLUSION
CHAPITRE 5 : CONCLUSION
DEUXIEME PARTIE : ESSAIS EN VOL ET MISE AU POINT DE LA SONDE MINI-SAOZ EN ARCTIQUE
CHAPITRE 1 : INTRODUCTION
CHAPITRE 2 : ESSAI EN VOL DU PROTOTYPE MINI-SAOZ A KIRUNA EN AVRIL 2010ย 
I. INTRODUCTION
II. INSTRUMENT ET VOL
A. Prototype mini-SAOZ
B. Ballon et chaรฎne de vol
C. Description du vol
D. Conditions mรฉtรฉorologiques
III. RESULTATS TECHNIQUES
A. Comportement gรฉnรฉral en vol
B. Thermique
C. GPS
D. Dรฉcalage de niveau du courant dโ€™obscuritรฉ du dรฉtecteur
E. Domaine spectral
F. Conclusion
IV. RESULTATS DES MESURES DES ESPECES
A. Analyse spectrale et colonnes obliques
1) Montรฉe du ballon
2) Occultation au coucher du soleil
3) Occultation au lever du soleil
B. Inversion des profils verticaux
1) Ozone
Profils verticaux du mini-SAOZ
Comparaison avec le radiosondage ozone du 25 avril 2010
Comparaison avec ODIN-OSIRIS
Comparaison avec MLS
Comparaison avec le modรจle REPROBUS
Conclusion
2) Dioxyde dโ€™azote
Profils verticaux du mini-SAOZ
Comparaison avec ODIN-OSIRIS
Comparaison avec le modรจle REPROBUS
Conclusion
3) Complexe de collision O2-O2, ยซ O4 ยป
4) Dioxygรจne
5) Vapeur dโ€™eau
Saturation des raies
Comparaison avec le radiosondage PTU ร  la montรฉe
Comparaison ร  lโ€™occultation
Comparaison avec FLASH-B
Comparaison avec MLS
Conclusion sur les mesures de la vapeur dโ€™eau
V. CONCLUSION
CHAPITRE 3 : DEUXIEME VOL DU MINI-SAOZ A KIRUNA EN MARS 2011
I. INTRODUCTION
II. MODIFICATIONS DU MINI-SAOZ
III. BALISE E-TRACK
IV. BALLON ET CHAINE DE VOL
V. DESCRIPTION DU VOL
VI. RESULTATS TECHNIQUES
A. GPS
B. Erreur de datation
C. Thermique
D. Instabilitรฉs du flux reรงu par les dรฉtecteurs
E. E-Track
F. Conclusion sur le fonctionnement du mini-SAOZ
VII. RESULTATS DE MESURES
VIII. CONCLUSION
CHAPITRE 4 : CONCLUSION
TROISIEME PARTIE : CAMPAGNE TRO-PICO AU BRESIL
CHAPITRE 1 : INTRODUCTION
CHAPITRE 2 : CONTEXTE DE LA CAMPAGNE TRO-PICO
CHAPITRE 3 : AMELIORATIONS APPORTEES A LA SONDE MINI-SAOZ ET ESSAIS EN LABORATOIRE
CHAPITRE 4 : CHAINES DE VOL ET ORGANISATION OPERATIONNELLE
I. CHAINE DE VOL
II. OPERATIONS
III. DECISION DE VOL
CHAPITRE 5 : PREMIER VOL DU 11 MARS 2012 ET RESULTATS
I. INTRODUCTION
II. CONDITIONS METEOROLOGIQUES
III. DESCRIPTION DU VOL
IV. COMPORTEMENT DE LA SONDE MINI-SAOZ EN VOL
A. Donnรฉes GPS
B. Thermique
C. Courants dโ€™obscuritรฉ
D. Conclusion
V. ANALYSE DES DONNEES
A. Correction des pixels chauds
B. Correction du courant dโ€™obscuritรฉ
VI. INVERSION DES PROFILS VERTICAUX
A. Flux et indice de couleur
B. Ozone
1) Mesures ร  la montรฉe
2) Mesures ร  lโ€™occultation
3) Comparaison avec OSIRIS
4) Comparaison avec MLS
5) Conclusion
C. Dioxyde dโ€™azote
1) Mesures ร  la montรฉe
2) Mesures ร  lโ€™occultation
D. Oxyde de brome BrO et formaldรฉhyde CH2O
E. Vapeur dโ€™eau
VII. CONCLUSION
CHAPITRE 6 : DEUXIEME VOL DU 16 MARS 2012 ET RESULTATS
I. INTRODUCTION
II. MODIFICATIONS MINI-SAOZ ET CHAINE DE VOL
III. CONDITIONS METEOROLOGIQUES
IV. DESCRIPTION DU VOL
V. COMPORTEMENT DE LA SONDE MINI-SAOZ EN VOL
A. Donnรฉes GPS
B. Thermique
VI. ANALYSE DES DONNEES ET PROFILS VERTICAUX DES ESPECES
A. Flux et indice de couleur
B. Ozone
1) Profils verticaux
2) Comparaison avec OSIRIS
3) Comparaison des deux vols mini-SAOZ
C. Dioxyde dโ€™azote
D. Vapeur dโ€™eau
1) Comparaison avec FLASH-B
2) Comparaison des deux vols mini-SAOZ
VII. CONCLUSION
CHAPITRE 7 : CONCLUSION DES VOLS AUX TROPIQUES
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE 1
ANNEXE 2
BIBLIOGRAPHIE

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