Apport Du Sondeur À Laser (lidar) Dans L’étude De La Pollution Par Les Aérosols

Résumé: L’axe principal de ce travail de thèse, placé en aval d’une campagne de mesures internationale, de février à novembre 2006 à Tamanrasset, est la mesure qualitative et quantitative des aérosols urbains au-dessus de Tamanrasset par une nouvelle méthode combinant la télédétection optique par Lidar et l’analyse des particules par le photomètre solaire. Ces informations servent à calculer les propriétés microphysiques et optiques des aérosols atmosphériques. L'intérêt des mesures optiques de télédétection Lidar est que la caractérisation spatiale ainsi que la dynamique de l'atmosphère est relativement aisée, donnant par exemple un accès direct à la répartition des couches limites et à l'extinction optique des particules atmosphériques. Le chapitre 1. Nous commençons par présenter quelques éléments sur la qualité de l’air. On y présente de manière succincte les principaux polluants, pour ensuite approfondir la connaissance des aérosols atmosphériques, qui sont un élément clé de la pollution atmosphérique, en particulier leurs principales propriétés telles que leur taille et leur nature. Une section de ce chapitre est consacrée à la description du réseau algérien de surveillance de la qualité de l’air. Pour conclure ce chapitre, une section est réservée aux résultats d’études, inhérents à la variabilité temporelle de mesures au sol des PM10, effectuées dans l’agglomération d’Alger (2001-2006 ; 2005 ; 2002-2008). Le chapitre 2. Il constitue un complément au premier chapitre et concerne donc les particules atmosphériques en suspensions ou aérosols. Outre l’aspect introductif sur l’origine et l’impact sur le climat, d’autres facteurs importants tels que le mécanisme de formation, la concentration, la classification et le temps de résidence y sont décrits, et cela afin de mieux cerner l’importance et le rôle des aérosols en tant que constituants primordiaux de l’atmosphère. A cela nous ajoutons une section importante sur les propriétés microphysiques et optiques des aérosols atmosphériques, et présentons les divers et nombreux paramètres nécessaires à la compréhension de l’aérosol atmosphérique (taille, indice de réfraction, distribution lognormale, forme, absorption, diffusion, extinction, albédo de diffusion simple, facteur d’asymétrie, fonction de phase, épaisseur optique, exposant d’Angström) Le chapitre 3. Il est principalement consacré à la caractérisation des aérosols atmosphériques à Tamanrasset. Après la présentation de la plateforme instrumentale, la méthodologie de restitution des profils atmosphériques et la modélisation des aérosols désertiques de la région de Tamanrasset, les résultats de la campagne y sont détaillés. Cela concerne la détermination du facteur trouble ? et du coefficient d’Angstrom ?, l’analyse de la granulométrie et des épaisseurs optiques, la répartition en taille des aérosols, la répartition volumique des aérosols et la composition chimique des aérosols.  Le chapitre 4. La télédétection par laser, notamment pour la mesure à distance des propriétés de l’atmosphère est un domaine de recherche actif et qui connaît un développement significatif en fonction des besoins croissants de contrôle et mesure pour l’environnement. Nous abordons dans ce chapitre la télédétection des aérosols par la technique Lidar. Ce chapitre est donc consacré à l’exposé des principes et des modes de fonctionnement essentiels du lidar. On y présente les caractéristiques techniques du Lidar utilisé à Tamanrasset, ainsi que le Lidars spatial CALIOP qui se prête bien à la détection des aérosols. Les équations mathématiques générales régissant le signal Lidar permettent de mieux appréhender les inversions nécessaires pour en déduire l’information recherchée, la concentration des aérosols. Le chapitre 5. La dernière étape de cette étude est dédiée à l’utilisation des informations restituées par le Lidar après inversion du signal de réception, afin d’élaborer un produit de qualité de l’air, la concentration en masse. A cette fin, nous décrivons la méthodologie d’application d’une technique appelée LIBOD (Lidar Beams in Opposite Directions), proposée par (Cuesta and Flamant, 2010), qui utilise deux faisceaux de radar à laser pointant dans des directions opposées, l’un au Nadir et l’autre au Zénith. Cette technique montrera dans notre cas l’intérêt de la synergie entre le Lidar basé au sol et le Lidar CALIOP du satellite CALIPSO, qui permet de comparer les valeurs restituées du coefficient d’extinction, dans le but d’évaluer la qualité des mesures Lidar de niveau 1 (calibration des signaux Lidar) et le recouvrement de propriétés optiques des aérosols de niveau 2 (profils des coefficients de rétrodiffusion et d’extinction, rapport rétrodiffusion-extinction). La détermination du coefficient d’extinction à différentes altitudes, grandeur proportionnelle à la concentration, permettra d’en déduire sa quantité.

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