Conclusion et perspectives d’évolution

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Figure 4.21 – Gauche : re-réglage du LiDAR dans un entrepôt à Longyearbyen à 72h du déploiement sur le camp russe de Barneo. Droite : matériel prêt à être chargé sur l’avion russe reliant Longyearbyen et Barneo.

4.6 Conclusion et perspectives d’évolution

La conception a été guidée vers le développement d’un système basé sur une diode laser émettant dans l’infrarouge, de façon proche des ceilomètres de l’entre-prise finlandaise VAISALA utilisant une diode émettant à 905nm. Cette longueur d’onde rendant ces systèmes sensibles à la concentration en vapeur d’eau, nous avons trouvé une source possédant une longueur d’onde plus faible pour éviter l’ab-sorption par H2O. Cette source présente l’avantage d’être plus sensible à la diffusion de Rayleigh, réduisant l’accumulation temporelle de données sur plusieurs dizaines de minutes nécessaire pour l’étalonnage sur le signal moléculaire.

En l’absence de diode émettant vers 800nm, les développements instrumentaux ont débuté par la prise en main d’une maquette non optimisée émettant à 905nm.

Celle-ci a été progressivement optimisée dès l’obtention d’une première source ré-pondant mieux aux besoins spectraux, notamment en adaptant spectralement les deux voies et en prenant en compte l’encombrement. Puis une évolution réalisée par le fournisseur a permis d’obtenir une largeur spectrale garantie inférieure à 0,6nm. La réduction de la largeur spectrale en réception associée à la réduction de la divergence ont permis de réduire considérablement le bruit lors des mesures de jour. L’ensemble de ces développements a finalement abouti juste avant le premier déploiement à un système dont la portée en ciel clair est d’au moins 4km et 10km respectivement pour les observations de jour et de nuit. A noter que lors de l’acqui-sition et du traitement, une moyenne des canaux pourra permettre d’améliorer les performances.

D’autre part des développements instrumentaux ont également été réalisés pour prendre en compte les conditions thermiques de la région arctique. Bien que la source soit positionnée en bas du tube pour bénéficier de la relative thermalisation de l’eau environnante, celle-ci n’est pas suffisamment proche de celle du laboratoire pour réaliser précisément les réglages. Un dispositif Peltier a donc été mis en place afin de contrôler la température de la diode laser et d’avoir la même lors des réglages et du fonctionnement. Les instruments déployés en région arctique sont également en général soumis à des problèmes de givre. Un système de chauffage du hublot a

donc été développé en parallèle par la Division Technique de l’INSU dans le but d’obtenir un hublot clair avant le tir LiDAR. Cependant les premiers déploiements ont mis en évidence l’inefficacité de la première version de chauffage. Une seconde version montrant des résultats beaucoup plus prometteurs en laboratoire a donc été développée afin d’équiper les systèmes qui ont été déployés en été 2015.

Bien qu’un système ait pu être développé avec des performances théoriques acceptables dans des conditions idéales, des optimisations sont toujours possibles.

D’une part réduire la largeur spectrale de la source en dessous de 0.1nm, ce qui de-vrait permettre de gagner un facteur théorique d’environ 1.6 sur la portée LiDAR (dans le cas où ni la transmission ni l’énergie ne sont dégradées). Une telle source a été approvisionnée en octobre 2015 par la société Cimel Electronique et des résultats devraient donc être très prochainement disponibles. Il est également envisageable de fonctionner à une fréquence plus élevée (10kHz) pour augmenter le nombre de mesure, si on souhaite se concentrer exclusivement sur les 15 premiers kilomètres au dessus de la surface, ce qui est en général suffisant pour détecter toutes les structures d’aérosols et de nuages. Enfin la portée de la dépolarisation fournie par la version polarisée doit être améliorée. D’un point de vue strictement moléculaire cette por-tée est définie par celle de la voie perpendiculaire, et est donc en théorie quasiment nulle en air clair car le système n’est sensé détecter que la raie Cabannes. Des études doivent être menées pour comparer les méthodes d’étalonnage de Freudenthaler et de Alvarez, afin de déterminer la meilleure solution pour la version polarisée du LiDAR IAOOS et ainsi réduire au maximum les biais.

Deuxième partie

PARTIE II : Déploiements et

exploitations des résultats

Chapitre 5

Premiers déploiements : analyses instrumentales

Sommaire

5.1 Contexte et type de données. . . 105 5.1.1 Lieux de déploiement et description des systèmes . . . 105 5.1.1.1 Premier déploiement : camp russe Barneo (avril 2014) . 105 5.1.1.2 Second déploiement : campagne NICE (janvier 2015

-juin 2015). . . 105 5.1.2 Données concernant le système et conséquence sur les stratégies

d’analyse . . . 107 5.1.2.1 Données système . . . 107 5.1.2.2 Identification des périodes d’intérêt . . . 111 5.1.3 Données liées au LiDAR . . . 112 5.1.3.1 Format des données . . . 112 5.1.3.2 Mesures et corrections . . . 113 5.2 Adaptation des méthodes d’étalonnage . . . 116 5.2.1 Existence d’une zone de référence. . . 116 5.2.2 Problème de givrage du hublot . . . 117 5.2.3 Bilan. . . 124 5.3 Données exploitables . . . 125 5.3.1 Définition d’un profil exploitable . . . 125 5.3.2 Bilan. . . 125 5.4 Conclusion . . . 126

Dans la partie précédente le besoin d’information sur la structure verticale de l’atmosphère en arctique a été mis en évidence. Ce type d’information peut être ob-tenu grâce à de la télédétection active par LiDAR qui est donc l’instrument reob-tenu pour être développé afin d’étudier l’atmosphère arctique dans le cadre de l’EQUI-PEX IAOOS. Une modélisation simple du système a été réalisée et, en dépit des nombreuses contraintes liées au projet, un prototype optimisé possédant des per-formances proches de celles recherchées a été réalisé fin 2013.

Ce chapitre présente les résultats obtenus dans le cadre des deux premières campagnes menées en 2014 (camp russe de Barneo) et 2015 (campagne norvégienne N-ICE). Des mesures annexes aux mesures LiDAR permettent un suivi de l’ins-trument et, éventuellement, un ajustement des stratégies d’analyses. Ces mesures correspondent entre autre au suivi des températures à différents endroits du tube LiDAR, dont le bas du tube où sont localisés les composants sensibles, mais égale-ment au suivi des positions de la bouée fournies par le GPS. Avant de s’intéresser aux résultats géophysiques dans le chapitre suivant il est nécessaire de s’assurer du bon étalonnage de l’instrument. Ce chapitre reprend donc les différentes méthodes d’étalonnage décrites précédemment afin de déduire la constante d’étalonnage pour chaque système. Un phénomène de givrage du hublot fermant le tube a été mis en évidence avec comme conséquence le changement de la constante effective du système. Une correction a été mise en place afin d’obtenir une estimation de cette constante système dans les cas de givre faible à modéré. A partir de la détection du givre une sélection de profils exploitables pour chaque période d’observation est finalement réalisée.

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