Photométrie par laser pour la télédétection de l'ozone atmosphérique – ALPHA-O3

Le projet ALPHA-O3 a pour but de créer un consortium de haut niveau afin d’amener les mesures de télédétection de l'ozone atmosphérique au niveau inédit de précision autour de 1%.
L'ozone est une molécule clé de la composition atmosphérique. De par ses propriétés radiatives, elle joue un rôle important dans le changement climatique, ce qui rend cruciale sa mesure précise et traçable. La détection de l'ozone in situ et à distance repose sur des données d'absorption qui souffrent d'incertitudes et de biais de l'ordre de plusieurs %. Une amélioration des mesures atmosphériques est nécessaire pour évaluer la reconstitution de la couche d'ozone et l'impact de l'ozone atmosphérique sur le changement climatique. ALPHA-O3 cible ainsi l'ozone dans la région de la haute troposphère-basse stratosphère (UTLS) où l'impact de l'ozone sur le climat est le plus important et où les tendances de l'ozone sont les plus incertaines. Le projet vise à apporter une contribution majeure à l'effort international pour réviser les données spectroscopiques qui limitent la précision des mesures de l'ozone atmosphérique et l'évaluation de ses tendances évolutives.
Afin d'établir un nouveau standard spectroscopique dans l'ultraviolet (UV) pour la télédétection de l'ozone, des mesures de sections efficaces seront réalisées dans l’environnement contrôlé du laboratoire, et seront ensuite utilisées par des expériences de terrain. Afin de réaliser l’étude de laboratoire, une source laser innovante accordable dans la gamme de longueurs d'onde 306-320 nm sera conçue. Ce laser sera utilisé pour mesurer les sections efficaces de l’ozone avec une haute résolution, dans l’environnement contrôlé du laboratoire, en balayant une large plage de longueur d’onde et une gamme de température correspondant à celle de la stratosphère et de l’UTLS. Nous couvrirons la longueur d'onde de 308 nm des lidars mesurant l’ozone dans la basse stratosphère, ainsi que d’autres longueurs d'onde utilisées par les spectrophotomètres Brewer ou Dobson et par les instruments satellitaires. La précision accrue des mesures de télédétection utilisant ces nouvelles sections efficaces offrira un nouveau standard de référence pour les autres techniques et notamment les sondes électrochimiques utilisées très largement pour mesurer l’ozone dans l’UTLS.
Atteindre une précision meilleure que 1% pour la section efficace ainsi qu'une incertitude jusqu’à 1% dans les mesures de l'ozone atmosphérique est un enjeu majeur depuis plus de 20 ans. Pour enfin y arriver, nous avons choisi une approche multidisciplinaire. Le nouveau laser UV innovant, spectralement étroit et accordable sera réalisé par conversions non-linéaires de sources laser de haute puissance dans l’infrarouge. Il sera développé au sein d'un groupe spécialisé dans ces développements laser : l’équipe photonique du LP2N. L'équipe du LERMA qui effectuera les mesures de laboratoire de section efficace d'absorption est spécialisée dans la spectroscopie quantitative et la physique moléculaire de l'ozone. Les équipes du LATMOS et du GMSA étudient la composition et la physico-chimie de l'atmosphère, et sont spécialistes de l’étude de l'ozone à l’aide de différentes techniques de mesure.
ALPHA-O3 rassemble ces différents acteurs, offrant un nouveau niveau de cohérence et de précision pour les mesures de l'ozone atmosphérique. Les résultats du projet permettront de résoudre les incohérences actuellement observées entre les données spectroscopiques UV et IR de l'ozone. Ces améliorations sont nécessaires non seulement pour pouvoir faire des mesures plus précises de concentrations et de tendances d'ozone, en particulier dans l'UTLS, mais aussi pour pouvoir profiter pleinement de nouvelles approches synergiques de mesures par satellite qui combinent les données de télédétection de l'ozone provenant de différentes régions spectrales afin d'obtenir une évaluation plus complète de la répartition verticale de l’ozone dans l’atmosphère à l’échelle globale.