par Bertin, Thibault 
Président du jury Coheur, Pierre
Promoteur Vander Auwera, Jean
Publication Non publié, 2023-07-06
Président du jury Coheur, Pierre
Promoteur Vander Auwera, Jean
Publication Non publié, 2023-07-06
Thèse de doctorat
| Résumé : | To retrieve physical results, the remote sensing field for planetary atmospheres relies on the availability of spectroscopic parameters from laboratory measurements. The present thesis aims to provide the spectroscopic information required to describe the effects of pressure on the infrared spectrum of methane in CO2 dominated atmospheres. 11 infrared spectra of CH4+CO2 systems between 0.4 and 800 hPa, and 13 spectra between 3000 and 25000 hPa were recorded with a high-resolution Fourier transform spectrometer. These spectra include a contribution from the instrument which must be modeled to access the spectroscopic parameters of the CH4+CO2 system. Even if several retrieval methods of the instrumental contribution exist, none are suitable for what we need. Thus we have developed our own algorithm based on the deconvolution principle. Results obtained with our methods show that the instrumental contribution is completely accounted in the model. Spectra between 0.4 and 800 hPa were analyzed at the SQUARES laboratory. A model including the Doppler, confinement, and speed-dependent pressure broadening effects is necessary to obtain background noise-level residuals. A first-order approximation of line mixing can be used for weak couplings, and has served for a first modeling of the spectra. In multiple regions of the spectrum, this approximation no longer works. Therefore we have programmed a more accurate model using the relaxation matrix formalism. For each models, more than 2000 parameters were determined. The spectra between 3000 and 25000 hPa were analyzed at the Laboratoire de Météorologie Dynamique. The line-mixing included in the relaxation matrix was calculated by multiplying calculated parameters from a CH4+N2 system by a constant. The spectra were modeled combining experimental and the calculated parameters using the relaxation matrix formalism. Using these results, a model involving a more easily calculated empirical parameter was determined. The results show that the high-pressure spectra can be accurately modeled. |
| Pour fournir des résultats physiques, le domaine de la télédétection d'atmosphères planétaires repose sur la disponibilité de paramètres spectroscopiques mesurés en laboratoire. Les travaux de cette thèse visent à fournir l'information spectroscopique requise pour décrire les effets de la pression sur les spectres infrarouges du méthane en atmospheres principalement composées de CO2. 11 spectres infrarouge de mélanges CH4+CO2 entre 0.4 et 800 hPa, et 13 spectres entre 3000 et 25000 hPa ont été enregistrés avec un spectromètre à transformée de Fourier à haute résolution. Ces spectres contiennent une contribution provenant de l’instrument qui doit être modélisée pour accéder au paramètres spectroscopiques du système CH4+CO2. Même si plusieurs méthodes de détermination de la contribution instrumentale existent, aucune n’est adaptée à nos besoins. Nous avons dès lors développé notre propre algorithme, basé sur la déconvolution. Les résultats obtenus avec notre méthode démontrent que la contribution instrumentale est complètement prise en compte dans le modèle. Les spectres entre 0.4 et 800 hPa ont été analysés au SQUARES. Un modèle faisant intervenir l’effet Doppler, de confinement et d’élargissement par la pression dépendant en vitesse est nécessaire pour obtenir des résidus de l’ordre du bruit de fond. Une approximation de premier ordre du mélange de raies peut être utilisée pour les faibles couplages, et a servi pour une première modélisation des spectres. Dans plusieurs régions du spectre, cette approximation ne fonctionne plus. Nous avons des lors programmé un modèle plus exact faisant intervenir la matrice de relaxation. Plus de 2000 paramètres ont été déterminés pour chaque modèle. Les spectres entre 3000 et 25000 hPa ont été analysés au Laboratoire de Météorologie Dynamique. Des mélanges de raies intervenant dans la matrice de relaxation ont été calculés en multipliant par une constante les paramètres calculés pour un système CH4+N2. Les spectres ont été modélisés en faisant intervenir la matrice de relaxation avec les paramètres calculés et des paramètres expérimentaux. Un modèle faisant intervenir un paramètre empirique plus simple à calculer a été déterminé à partir de ces résultats. Les résultats obtenus montrent que les spectres à haute pression peuvent être modélisés de manière très satisfaisante. |
