Détecter les gaz à effet de serre à l’ère spatiale
Une surveillance précise des gaz à effet de serre (GES) atmosphériques tels que le dioxyde de carbone, le méthane et la vapeur d’eau est essentielle pour comprendre l’évolution de notre climat. Ces connaissances aident les scientifiques et les gouvernements à identifier les domaines préoccupants et à prendre les mesures qui s’imposent. Les niveaux de GES sont généralement contrôlés à partir de réseaux terrestres et de satellites utilisant des spectromètres à haute résolution. La détection et l’estimation de la distance par la lumière (lidar) représente l’une des technologies spatiales les plus prometteuses dans ce domaine. Elle consiste à pointer un laser sur un objet ou une surface et à mesurer le temps de retour de la lumière réfléchie vers le récepteur, ainsi que d’autres propriétés de cette lumière réfléchie. «Mesurer les concentrations de gaz à effet de serre depuis l’espace de cette manière est extrêmement difficile sur le plan technique», note Myriam Raybaut, coordinatrice du projet LEMON au sein de l’Office national d’études et de recherches aérospatiales (ONERA) en France. «En Europe, une seule mission s’appuyant sur un instrument lidar, MERLIN, est actuellement en cours de développement (lancement prévu en 2028), et elle se consacre uniquement à la détection du méthane.»
Application du lidar aux GES atmosphériques
Le projet LEMON visait à faire progresser l’expertise européenne dans ce domaine prometteur et à tirer parti de l’intérêt croissant pour l’application du lidar aux GES atmosphériques. L’approche spécifique utilisée dans le cadre de LEMON est connue sous le nom d’absorption différentielle à chemin intégré ou lidar IPDA (pour «Integrated Path Differential-Absorption»). Le lidar IPDA s’appuie sur deux ou plusieurs longueurs d’onde très proches l’une de l’autre. Lorsque le dispositif est réglé sur les lignes d’absorption d’un gaz particulier, la concentration de ce gaz dans l’atmosphère peut être mesurée. Les lignes d’absorption font référence à la tendance des gaz atmosphériques à absorber la lumière à des longueurs d’onde spécifiques (c’est-à-dire les couleurs émises par le laser). «Cette technique devrait fournir une capacité d’observation complémentaire, avec la possibilité d’assurer une couverture atmosphérique globale à toutes les saisons», souligne Myriam Raybaut.
Affiner la technologie lidar pour l’espace
Préparer les sous-systèmes lidar pour l'espace Les résultats du projet ont conduit à l’élaboration d’une feuille de route pour l’utilisation éventuelle des éléments de base de la technologie LEMON dans le but de détecter plusieurs GES atmosphériques. Parmi les principales réussites, citons la détection précise de la vapeur d’eau et l’élaboration de nouveaux composants cristallins qui permettent de modifier les longueurs d’onde de l’émetteur laser afin de détecter d’autres GES. «Nous avons pu montrer qu’il était possible d’utiliser des éléments simples et polyvalents dans les futurs lidars différentiels spatiaux», ajoute Myriam Raybaut. Cette technologie présente également un potentiel pour la surveillance aérienne, qui pourrait être effectuée en collaboration avec des réseaux terrestres. Une telle solution combinerait la précision des réseaux terrestres avec la plus large couverture de surface et la capacité de mesure de la colonne des capteurs aériens. «Nous continuerons à travailler dans ces deux directions», souligne la chercheuse. «Notre objectif est de poursuivre avec un autre projet qui s’appuiera sur les succès de celui-ci pour améliorer la préparation des futurs sous-systèmes lidar spatiaux.»
Mots‑clés
LEMON, espace, changement climatique, gaz à effet de serre, lidar, laser, MERLIN
