Modèles Spectraux Avancés pour le Rayonnement des Gaz – ASGARD

Les développements portent sur la méthode en L-distribution qui peut s'écrire sous différentes formes équivalentes, en fonction du besoin des utilisateurs. A ce stade, la partie théorique est très avancée mais il reste à pleinement valider l'ensemble dans des cas tests, prévus dans la suite du projet.

A ce stade du projet, les résultats obtenus sont essentiellement amonts (formulation théorique) mais des premiers tests de validation ont permis de montrer leur applicabilité dans des configurations réalistes de transfert radiatif atmosphérique.

A ce stade, il s'agit de poursuivre la mise en oeuvre de cas tests afin de valider pleinement la méthodologie ainsi que préparer la suite des développements pour des applications à plus hautes résolutions spectrales.

ACL - “On the use of recurrent neural networks for fast and accurate non-uniform gas radiation modeling”, accepté sous reserve de modifications mineures à Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 2022. Collaboration CETHIL-LOA.
Congrès - « Computationally efficient and accurate modelling of the transmissivities of non-uniform paths through the Mixture L-Distribution (MLD) approach”, présenté à International Radiation Symposium (IRS2022) Thessalonique, Grèce – Collaboration CETHIL-LOA-ONERA.

Une description précise de l’état de l’atmosphère Terrestre est devenue indispensable dans un contexte d’évolution globale du climat. Elle repose sur l’utilisation de modèles de transfert radiatif couplés à des méthodes robustes d’inversion pour identifier les caractéristiques de l’atmosphère, comme les profils de températures et de concentrations en espèces gazeuses, à partir de mesures produites par des systèmes de détection actifs ou passifs, embarqués sur des plateformes satellites ou aéroportées ou des ballons sondes. Cependant, le volume de données de télédétection croît de façon exponentielle depuis plusieurs années, au point que leur traitement devient délicat même au regard des moyens de calcul actuels. Le développement de nouvelles méthodes est nécessaire pour convertir les mesures en paramètres géophysiques exploitables et fiables.
Le projet ASGARD vise à développer des méthodes originales spécialement dédiées au traitement opérationnel de données de télédétection : la définition et la validation de méthodologies rapides et précises pour traiter des atmosphères gazeuses non uniformes est en effet l’objectif scientifique du projet. ASGARD s’appuiera sur des développements théoriques et de modélisation jusqu’à leur validation dans des situations représentatives de missions atmosphériques présentes et futures, incluant des atmosphères diffusantes ou hors équilibre thermodynamique. Certains développements proposés ici s’inspirent de travaux existants en combustion. Cependant, ils nécessitent des adaptations spécifiques afin de traiter des configurations atmosphériques : la modélisation des mélanges d’espèces gazeuses absorbantes, par exemple, diffère légèrement du fait des longueurs de trajets très différentes dans les deux type d’études, avec un impact sur les modèles à utiliser. La plupart des propriétés des L-distributions en termes de robustesse, de précision et de coût de calcul, observées en combustion, peuvent se transposer à l’atmosphère. Ceci peut être envisagé avec une prise de risque réduite pour un bénéfice important si les développements dédiés et leurs validations associées sont réalisés : c’est ce que propose ASGARD et motive la présente demande de financement.
ASGARD mettra en commun les domaines d’expertise complémentaires des partenaires impliqués dans le projet : le CETHIL pour la modélisation des propriétés radiatives des gaz, le LOA pour le transfert radiatif dans les nuages et les atmosphères diffusantes et l’ONERA DOTA pour la simulation radiative et hors équilibre thermodynamique. Ces équipes ont déjà collaboré dans le passé, notamment lors de travaux préliminaires sur l’utilisation des L-distributions dans le solaire pour des atmosphères diffusantes. L’objectif est ici d’aller au-delà de ces travaux et de généraliser l’analyse à quelques missions spatiales présentes et futures, incluant l’extension au domaine thermique, aux imageurs hyperspectraux et à des configurations hors équilibre.
Les résultats du projet auront un impact sur le développement de nouvelles méthodes d’inversion et donc sur les possibilités offertes pour la conception de futures générations de plateformes opérationnelles de télédétection atmosphérique. La méthode en L-distribution a la capacité de redynamiser le domaine des modèles de bandes, de façon semblable à la méthode CK il y a 30 ans. Cependant, pour atteindre cet objectif, la technique doit être méthodologiquement finalisée et validée afin de démontrer son potentiel dans des contextes opérationnels, comme ceux rencontrés par les agences spatiales, mais aussi en transfert radiatif atmosphérique pour d’autres utilisateurs possibles (météorologie, sciences du climat). La stratégie de communication sera orientée vers une diffusion large des résultats des travaux issus d’ASGARD dans la communauté atmosphérique, incluant la mise à disposition sous un format libre de l’ensemble des codes (excluant ceux spécifiques à l’ONERA) produits au cours de l’étude.