CNRS - GdR SpecMo n°3152 - Spectroscopie Moléculaire

Spectroscopie et Physico-chimie de l’atmosphère terrestre

Les observations spatiales effectuées par les missions sur l’atmosphère terrestre (MIPAS sur le satellite ENVISAT, IASI sur MetOp-1, … ), ont produit et continuent de produire par sondage optique « à distance » de nombreux spectres de très haute qualité.

Une interprétation correcte des spectres atmosphériques nécessite une parfaite maîtrise des modèles théoriques et des techniques d’analyse spectrale, confrontés à des données expérimentales soigneusement recueillies en laboratoire. Les paramètres spectroscopiques ainsi obtenus sont ensuite regroupés d’une manière utile à la communauté scientifique dans des banques de données internationales (HITRAN, GEISA, MIPAS, IASI, JPL, … ). Une des étapes finales consiste alors à extraire les profils verticaux d’abondance des espèces atmosphériques à partir des spectres atmosphériques par « inversion » de l’information contenue dans ceux-ci et à utiliser ces profils moléculaires dans des modèles des atmosphères (terrestre ou planétaires). Par ailleurs, la modélisation très précise de l’absorption des espèces les plus abondantes permet, par soustraction, la détermination des espèces traces, souvent indispensables à la compréhension de la chimie du milieu étudié.

Des efforts internationaux considérables sont mis en œuvre afin de surveiller l’évolution et de comprendre les mécanismes qui régissent l’atmosphère terrestre. Des instruments satellitaires (e.g. MIPAS, IASI et GOSAT) ont donc été développés, motivés par les préoccupations liées à la pollution et au climat. Ils fournissent des spectres de très grande qualité (qui sera encore améliorée par les successeurs IASI-NG, OCO-2, etc) dont l’exploitation optimale est également un véritable défi pour les spectroscopistes. Un bon exemple est donné par les missions (GOSAT, OCO-2, CarbonSat) qui visent à cartographier les puits et sources de gaz à effet de serre. En effet, il a été démontré que la précision requise dans la simulation des spectres des espèces cibles (CO2, CH4) devait être meilleure que 0.3% ! Cet objectif, difficile à satisfaire, est une motivation forte pour nombre d’études de spectroscopie expérimentale et théorique.

Spectroscopy and chemistry of the earth atmosphere

Recent space missions have furnished extensive optical data on increasingly remote locations, ranging from our atmosphere out to the interstellar medium. Satellite-based instruments such as the MIPAS instrument on Envisat, IASI on MetOp-1 ... probe Earth's atmosphere.

Interpretation of atmospheric or planetary spectra requires a full understanding of the techniques and theory of spectral analysis, established from experimental data collected in the laboratory. Spectroscopic data and parameters are collated in formats used throughout the scientific community in internationally recognised data bases (HITRAN, GEISA, MIPAS, IASI, JPL ...) The ultimate aim is to be able to 'invert' the spectral profiles to deduce vertical concentration profiles for the species present, to model planetary atmospheres. Over and above such investigations of the most abundant species, spectral subtraction makes it possible to determine presence and concentration of trace species. These are often of prime importance in establishing the chemistry occurring in remote environments.