MetAir - LPAS - EPFL

Campagne 1999
29
Projet Modélisation
4.4. Le LIDAR
4.4.1. Principe de fonctionnement
Lorsque l’on émet un pulse de lumière monochromatique dans l’atmosphère, celui-ci va être rétro
diffusé d’une part par les particules en suspension, et d’autre part par les différentes molécules
contenue dans l’air.
Cette fraction de lumière rétro diffusée est captée et amplifiée par un télescope et un
photomultiplicateur. La puissance de signal est décrite par l’équation LIDAR :
R
−2
⎛ ⎞
P( R)
= CR β ( R)
exp⎜
⎟
− 2∫α(
r)
dr
⎝ 0 ⎠
avec P (R)
puissance reçue de la distance R
C Constante expérimentale
β (R) Coefficient de rétro diffusion à la distance R
α (r) Coefficient d’extinction
Cette équation contient deux inconnues (α et β). Une seule mesure expérimentale ne permet pas
d’établir une solution unique. Il faut alors introduire une relation supplémentaire empirique entre α et
β. Ce système fournit des informations intéressantes sur la stratification de l’atmosphère mais ne
permet pas de mesurer les concentrations des différents gaz. Il convient donc d'utiliser un autre
procédé.
Principe du DIAL (Differential Absorption LIDAR)
Le principe de ce LIDAR consiste à prendre des mesures pour deux longueurs d’onde différentes :
une première λ on est choisie dans la bande d’absorption du gaz étudié, et une deuxième λ off en dehors
de cette zone. Si ces longueurs d’onde sont suffisamment proches, la différence entre les deux
spectres obtenus est due uniquement à l’absorption par le gaz étudié dont on peut alors déduire la
concentration à chaque altitude :
N(
R)
=
2( σ ( λ
on
1
) −σ
( λ
off
))
d
dr
⎛ P(
R,
λ
ln
⎜
⎝ P(
R,
λ
avec N (R)
étant la concentration du gaz étudié exprimée en molécule/cm 3
section efficace de rétro diffusion
σ
Technologie Dial
Le système Dial utilisé se décompose en deux parties : émission et réception traitement du signal.
1. Emission :
• Deux sources Laser émettent un rayonnement UV d’une longueur d’onde de 266nm
• Ces faisceaux sont convertis en 2 rayons de longueur d’onde 289nm et 299nm par des
cellules Raman respectivement remplies par D 2 et H 2
• Par un système de prismes et de miroirs il est alors possible de créer deux paires de longueur
d’onde (266-289nm et289-299nm). La paire utilisée lors des mesures dépend des conditions
atmosphériques.
2. Réception :
Deux télescopes sont utilisés: un «petit» (focale de 60 cm) pour les mesures de 50 à 600 mètres et un
«grand» (focale de 460 cm) pour les mesures jusqu’à 3000 mètres.
Les signaux captés sont ensuite amplifiés et traités.
off
on
) ⎞
⎟
) ⎠