Détermination des Propriétés Microphysiques et Optiques de l’Atmosphère par Traitement Analytique de Signaux LIDAR

Abstract

Les nuages constituent l’une des composantes essentielles du système climatologique de la Terre. De nouvelles techniques et des instruments performants existent qui permettent de mieux comprendre les propriétés des nuages et leurs effets. Nous avons, dans cette thèse, mené une étude des propriétés physiques macroscopiques et microscopiques de l’atmosphère en utilisant sa réponse à une excitation laser générée par un LIDAR (Light Detection And Ranging). Le Lidar est basé sur l’émission d’un puissant rayon laser. La réception des photons diffusés par les molécules d’air et par les particules atmosphériques conduit à un signal qui renseigne sur le profil de l’atmosphère traversée. Nous avons proposé, dans cette thèse, l’expression de la réponse de l’atmosphère à une excitation électromagnétique monochromatique, en fonction de l’altitude, en modélisant plus particulièrement la réponse des nuages et des perturbations. Il en résulte que la densité de probabilité Lorentzienne représente correctement la densité des particules dans le nuage. Les signaux théoriques peuvent alors, par ajustement des paramètres, décrire analytiquement les signaux expérimentaux, ce qui permet d’en déduire des renseignements sur l’état instantané de l’atmosphère et de caractériser celle-ci en déterminant d’importantes constantes physiques macroscopiques et microscopiques. Nous avons étendu cette étude en considérant d’autres lois de probabilités susceptibles de mieux représenter la densité particulaire et de modéliser la réponse Lidar. Par exemple, nous avons pu modéliser, avec précision, la dissymétrie observée quelquefois dans la réponse d’un nuage. Enfin, nous proposons une nouvelle formulation du signal Lidar qui tient compte désormais de l’influence de la longueur d’onde de l’onde excitatrice sur le libre parcours moyen des photons dans toutes les composantes de l’atmosphère.