des aérosols désertiques depuis l’Afrique au nord de
70 LES MOYENS
3.3 Les observations lidar aéroportées
Le lidar (Light Detection And Ranging) est un instrument de télédétection active qui a vu le jour dans les années 60 après la découverte de l’effet laser. Opérant dans le visible et le proche infrarouge, les lidars sondent l'atmosphère à l'aide d'un faisceau laser (généralement pulsé), instantanément et sans perturbation du milieu, avec une résolution le long de la ligne de visée de l'ordre d'une dizaine de mètres, et une cadence de l’ordre de la dizaine de Hertz. La télédétection laser est un moyen bien approprié à l’étude des aérosols ; elle permet la mesure de la rétrodiffusion du rayonnement laser émis par les particules présentes dans l'atmosphère, ceci à haute cadence et avec une grande résolution spatiale. La rétrodiffusion est fonction de la concentration des particules d’aérosols et de leur pouvoir réflecteur (e.g.
Flamant et al., 2007). La réflectivité des couches d’aérosols est d’autant plus importante que
la taille des aérosols est proche de la longueur d’onde de la source laser du lidar. Ainsi la mesure lidar est particulièrement sensible aux aérosols dont la taille est comprise entre 0.1 et 5 µm, i.e. les aérosols désertiques. De surcroît, ces aérosols peuvent être utilisés comme d’excellents traceurs (passifs) de la dynamique atmosphérique, i.e. des mouvements convectifs dans la couche limite atmosphérique, mais également des circulations dynamiques à méso échelle. La portée des lidars dépend de la puissance du laser émetteur. Elle est typiquement de quelques kilomètres. Pour une utilisation en sondage vertical, elle permet
74 LES MOYENS
généralement de sonder la troposphère sur toute son épaisseur, sauf en présence d’une cible « dure » comme un nuage de type convectif ou de couche épaisse d’aérosols, i.e. pour des épaisseurs optiques supérieures ou égale à 3 ou 4. La puissance des sources laser utilisées actuellement ne permet pas au faisceau de traverser les nuages, à l’exception des plus fins type cirrus.
Il existe quatre grandes catégories de lidar: les lidars ‘rétrodiffusion’, les lidars à absorption différentielle, les lidars Doppler et les lidars Raman. Dans le cadre de cette étude, ce sont les mesures du lidar à absorption différentielle (LEANDRE 2) qui vont être utilisées, voici une brève description de cet instrument.
3.3.1 Présentation du lidar à absorption différentielle aéroporté LEANDRE 2 L´instrument LEANDRE 2 (Bruneau et al., 2001), est un lidar à absorption différentielle (DIfferential Absorption Lidar, DIAL) opérationnel depuis 1995. LEANDRE 2 a été développé à l´IPSL en collaboration avec la Division technique de l´INSU et du CNES pour répondre au besoin en mesure à haute résolution spatio-temporelle de la distribution de la vapeur d´eau et des aérosols dans la basse troposphère (0-7 km) pour améliorer les connaissances actuelles concernant la dynamique de la couche limite atmosphérique, les interactions aérosol-nuage-rayonnement.
Son principe est le suivant: deux rayonnements laser sont émis simultanément ou presque, sur deux longueurs d'onde très proches l'une de l'autre, dont l'une est absorbée par la molécule cible, et l'autre pas. A une altitude donnée, le rapport entre les puissances reçues est proportionnel à l'absorption différentielle entre les deux voies. Celle-ci est fonction de la densité des cibles et de leur pouvoir absorbant, lui-même proportionnel à la température. Il est alors possible de remonter à la densité des cibles ou à la température si l'on choisit une molécule comme l’oxygène dont la densité est connue (Theopold et Bösenberg, 1993).
LEANDRE 2 est un des 3 systèmes DIAL aéroportés existant dans le monde avec ceux de la NASA (Higdon et al., 1994; Browell et al., 1996) et du DLR (Poberaj et al., 2002). L’originalité de LEANDRE 2 est qu’il utilise une source laser Alexandrite accordable dans un domaine spectral compris entre 727 et 770 nm, domaine spectral dans lequel existent 7 bandes d’absorption de la vapeur d’eau d’intensités différentes. Ceci permet au système LEANDRE 2 un fonctionnement optimal dans des conditions d’humidité ambiante très variées, allant de l’atmosphère « polaire », i.e. caractérisée par un contenu intégré en vapeur d’eau d’environ 5
LES MOYENS
kg m-2 (entre 0-7 km) à l’atmosphère « vapeur d’eau d’environ 50 kg m
en vol la bande d’absorption afin d’optimiser la restitution des profils de rapport de mélange de vapeur d’eau.
3.3.2 Déploiement de LEANDRE 2 Au cours des mois de Juin et Juillet 2006 d
bord du Falcon 20 de SAFIRE, a opéré durant 16 vols dédiés à l’exploration de la structure de la couche limite sahélienne et d
Durant cette série de missions aéroportées, les mesures de télédétection lidar LEANDRE 2 730 nm ont été complétées par des
dropsondes (via le système ‘Airborne Vertical Atmospheric Profiling System
plus, des mesures aéroportées de direction et d’intensité de vent par le Lidar Doppler WIND ont accompagné les mesures de LEANDRE 2. Cette combinaison d’instruments aé
d’ores et déjà permis, pour la première fois par mieux comprendre les interactions aérosols
mieux documenter la dynamique des éléments clés de la mousson Africaine i.e l (Flamant et al., 2007; Bou Karam et al.,
travail, parmi les 16 missions effectuées dans le cadre d’AMMA, a été investiguée et sera détaillée
LEANDRE 2 à bord du Falcon 20
7 km) à l’atmosphère « tropicale », i.e. caractérisée par un contenu intégré en vapeur d’eau d’environ 50 kg m-2. De plus, l’opérateur LEANDRE 2 peut choisir de changer en vol la bande d’absorption afin d’optimiser la restitution des profils de rapport de mélange
de LEANDRE 2 durant AMMA
Au cours des mois de Juin et Juillet 2006 durant les SOPs du projet AMMA, LEANDRE 2, à SAFIRE, a opéré durant 16 vols dédiés à l’exploration de la structure de la couche limite sahélienne et de la distribution verticale des aérosols dans la région du Sahel. Durant cette série de missions aéroportées, les mesures de télédétection lidar LEANDRE 2
ont été complétées par des mesures in situ (veine de prélèvement des aérosols) et Airborne Vertical Atmospheric Profiling System
plus, des mesures aéroportées de direction et d’intensité de vent par le Lidar Doppler WIND ont accompagné les mesures de LEANDRE 2. Cette combinaison d’instruments aé
, pour la première fois par la voie d’observations directes en 2D, es interactions aérosols-dynamique-systèmes convectifs
mieux documenter la dynamique des éléments clés de la mousson Africaine i.e l
Bou Karam et al., 2008; Flamant et al., 2009a; b
parmi les 16 missions effectuées dans le cadre d’AMMA, seule celle et sera détaillée dans le chapitre 5.
LEANDRE 2 à bord du Falcon 20 Type de missions aéroportées effectuées durant AMMA
75
, i.e. caractérisée par un contenu intégré en l’opérateur LEANDRE 2 peut choisir de changer en vol la bande d’absorption afin d’optimiser la restitution des profils de rapport de mélange
urant les SOPs du projet AMMA, LEANDRE 2, à SAFIRE, a opéré durant 16 vols dédiés à l’exploration de la structure de e la distribution verticale des aérosols dans la région du Sahel. Durant cette série de missions aéroportées, les mesures de télédétection lidar LEANDRE 2 à ine de prélèvement des aérosols) et Airborne Vertical Atmospheric Profiling System’, AVAPS). De plus, des mesures aéroportées de direction et d’intensité de vent par le Lidar Doppler WIND ont accompagné les mesures de LEANDRE 2. Cette combinaison d’instruments aéroportés a d’observations directes en 2D, de systèmes convectifs au Sahel et de mieux documenter la dynamique des éléments clés de la mousson Africaine i.e l’ITD a; b). Dans le présent celle du 7 Juillet 2006
76 LES MOYENS