Perspectives dŠaugmentation de la portée instrumentale

Nous avons efectué des expériences préliminaires aĄn dŠévaluer la possibilité dŠaugmenter la portée de lŠinstrument.

Augmentation de la puissance de la source

Pour augmenter la portée de lŠinstrument, on peut, tout dŠabord, augmenter lŠénergie émise par la source. Un test préliminaire a été efectué en remplaçant le cristal de lŠOPA par un cristal plus long (passage de 20 �� à 50 ��) aĄn dŠaugmenter lŠeicacité de conversion. Dans ces conditions, la source émet entre 9 et 10 Û�, soit une augmentation dŠun facteur 2. Cependant, la bande de gain est réduite à 200 ��� (environ 5 ��⊗₁). Néanmoins, ce domaine spectral

réduit permet tout de même dŠadresser simultanément les raies de lŠeau et du méthane comme on peut le voir sur la Ągure 3.12 entre 3312 �� et 3317 ��. Il est donc possible dŠaugmenter dŠun facteur 2 la puissance de lŠOPO, donc la portée du système dŠun facteur 1, 4 , tout en gardant ses propriétés et une bande de gain assez large pour adresser les raies dŠabsorption de lŠeau et du méthane.

Diminution artiĄcielle du Ćux reçu sur la voie cible

AĄn dŠévaluer la limite de portée, on peut également diminuer artiĄciellement le Ćux reçu en plaçant une densité optique sur la voie cible. Des mesures ont été efectuées avec une densité atténuant dŠun facteur 40 lŠénergie du rayonnement déposé sur la cible, ce qui correspond à multiplier par ≡ 6 (√40) la distance cible-système de collection de Ćux. Cela reviendrait à placer la cible à 180 �. Les estimations efectuées dans ces conditions sont cohérentes avec les valeurs attendues. En efet la concentration en méthane estimée est de 1, 88 ��� ∘ 0, 16 ��� et lŠhygrométrie est estimée à 72 % ∘ 5 % pour un relevé hygromé- trique de 68 % ∘ 1 %.

Nous avons donc vériĄé que le système donne des résultats cohérents même en diminuant drastiquement le Ćux reçu.

Bilan

En combinant les résultats de ces deux expériences préliminaires, nous pouvons espérer atteindre une portée supérieure à 100 �. Bien sûr il conviendra de sŠas- surer ultérieurement, par lŠexpérience, de la faisabilité efective de ces mesures

à plus longue portée qui permettrait, par exemple, de mesurer des fuites de gaz à distance de sécurité. Cependant, de nouveaux facteurs, comme la turbulence atmosphérique par exemple, pourraient inĆuer sur les mesures et en limiter la précision. Par ailleurs, augmenter la portée a pour conséquence directe la diminution de la transmission atmosphérique au niveau des raies dŠabsorption du méthane comme de lŠeau. Pour des mesures longue portée, il serait donc probablement nécessaire de choisir une autre zone spectrale, avec des sections eicaces dŠabsorption moins importantes. La technologie des DROPO ofre suisamment de souplesse pour pouvoir supposer que les performances du laser seront conservatives sur une assez grande plage de longueur dŠonde. Mais là encore, seules des expériences ultérieures permettront de le conĄrmer.

3.4

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons décrit lŠexpérience que nous avons mis en place, en collaboration avec J.Barrientos Barria, et permettant de mesurer à distance et de façon simultanée la concentration atmosphérique dŠeau et de méthane à lŠaide dŠun DROPO.

Après avoir présenté les caractéristiques de la source DROPO ainsi que le montage expérimental, nous avons adapté lŠestimateur aux signaux acquis. En plus des produits CL, les paramètres modélisant la ligne de base sont estimés. Nous avons ensuite appliqué cet estimateur aux données expérimentales et nous avons montré que les résultats sont cohérents avec les valeurs attendues. Les perspectives sont tout dŠabord de mieux comprendre lŠorigine du bruit de mesure aĄn dŠainer le modèle du signal. De plus, nous avons montré que la portée de lŠinstrument pourrait théoriquement être augmentée jusquŠà plus de 100 �, ce qui permet dŠenvisager des expériences de mesures sur de longs trajets optiques. En augmentant encore la puissance émise, notamment au moyen dŠampliĄcateurs optiques, des mesures de gaz multiples par LIDAR, cŠest-à-dire sans cible mais en utilisant la rétrodifusion de la lumière par lŠatmosphère, sont également envisageables.

Mesure de concentration de gaz

à lŠaide de lasers

Supercontinuum proche et

moyen infrarouge

Objectif : Dans ce chapitre, nous présentons les résultats expé- rimentaux obtenus en matière de spectroscopie par Superconti- nuum. Nous avons utilisé deux sources diférentes. La première, une source commerciale proche infrarouge, a été utilisée pour la mesure de la concentration atmosphérique en eau et de la quantité de méthane présente dans une cellule. Cela a permis de valider dans un premier temps la méthodologie de traitement de signal Supercontinuum développée au chapitre 2. Puis nous avons pu utiliser une source Supercontinuum en bande II, développée au sein du laboratoire. En lŠassociant avec un spectrographe, et à travers des mesures de méthane dans une cellule de gaz autour de 3, 3 Û�, nous avons pu démontrer la faisabilité de mesures

spectroscopiques rapides en bande II par Supercontinuum.

4.1

Introduction

Dans ce dernier chapitre, nous allons décrire les expériences de quantiĄca- tion dŠeau et de méthane par spectroscopie Supercontinuum que nous avons efectuées, et analyser les résultats obtenus.

Notre première expérience a été dŠutiliser une source Supercontinuum en proche infrarouge pour estimer simultanément la concentration atmosphérique en eau ainsi que la quantité de méthane présente dans une cellule de gaz autour de 1, 4 Û�, en employant pour cela un analyseur de spectre optique commercial. Après avoir présenté le montage expérimental, nous détaillerons notre analyse du bruit de mesure. Nous appliquerons ensuite aux signaux de spectrosco- pie Supercontinuum lŠestimateur multi-gaz développé au chapitre 2 aĄn de quantiĄer les concentrations dŠeau et de méthane. EnĄn, nous comparerons les performances de lŠestimateur aux performances théoriques.

Notre seconde expérience a consisté à utiliser, dès lors quŠelle fut disponible, une source Supercontinuum en bande II, que nous présenterons en détail. Nous avons mené une réĆexion concernant les systèmes dŠanalyses spectrales, dans le but de choisir celui qui exploiterait avec le maximum dŠeicacité les spéciĄcités du Supercontinuum dans nos conditions de mesures. Nous verrons comment cela nous a amené à choisir, et à réaliser, un analyseur de type spectrographe, dont nous verrons les caractéristiques et les techniques de calibration. Nous décrirons enĄn les expériences de quantiĄcation de méthane en cellule réalisées par ce dispositif autour de 3, 3 Û�, et nous comparerons les performances obtenues aux performances théoriques.

4.2

Source Supercontinuum proche