E-Mail: theoret@hermes.usherb.ca Site web: http://go.to/timelapse

Xavier ThéorêtXavier Théorêt

Maîtrise en télédétection, CARTELDép. de Géographie et Télédétection

Université de SherbrookeACFAS, mai 2001

1) Introduction aux aérosols

2) Problématique

Tous films et images: (c)Xavier Théorêt(à moins de référence contraire)

3) Hypothèse

4) Équipement

5) Résultats visuels

6) Effet de l’atmosphère

7) Méthodologie: 2 étoiles

8) Résultats préliminaires

10) Conclusion

AEROSTARAEROSTAR

AEROSOLSAEROSOLS

AEROSOLSAEROSOLS

AEROSOLSAEROSOLS

AEROSOLSAEROSOLS(Nocturnes)

AEROSOLSAEROSOLS(Nocturnes)

AEROSOLS

Feux Volcans Sol et désert

•Transferts de chaleur

•Réaction chimique

•Effet de catalyseur

Homme

Impacts climatiques+

Impacts sur la santé

Mer

Atténuation

Diffusion -Absorption

= 4

où , est le coefficient d’Angström et est la longueur d’onde

Aérosolsgrossiers ~ 0.5

Aérosolsfins ~ 2

L’identification est donc possible

•Capte la lumière•Chaleur

Exemple:suie ou fumée

Molécules(Air)

Spectroradiomètre

Le spectroradiomètre CIMEL est un bonoutil pour mesurer les aérosols.

Instrument qui mesure le rayonnementsolaire à plusieurs longueur d ’onde.

P. Cliche

Instrument pour la mesure d ’aérosols:

Standard et complètement automatisé

Les mesures au CARTEL: spectroradiomètres solaire CIMEL. (En réseau AERONET et AEROCAN)

Station du CARTEL; Toit du Pavillon A4, Université de Sherbrooke, mosaïque Xavier Théorêt

...mais impossibilité d ’effectuer des mesures:Nuit

Soleil bas

Problématique (1/3)

Problématique (2/3)

Problème important aux pôles... ...où la nuit dure presque 6 mois.

À la station Alert, la nuit dure 70 jours où il est impossible de mesurer les aérosols.

Problématique (2/3)

Certains phénomènes tel la brume arctique (arctique haze) ne se produisent que l’hiver/début du printemps.

Autres méthodes de mesures nocturnes:

Ballon sonde et Lidar

•Mesures ponctuelles (temps & espace)•Coût élevé•Main d œuvre requise•Suivi régulier et continu difficile

On sait que...

1

2

3

Le soleil étant absent pendant cette période, ils ne peuvent donc pas être observés par les spectroradiomètres solaire conventionnels. Leur étude est donc partielle.

Les aérosols participent aussi à des réactions photochimiques différentes en l ’absence du soleil.

Problématique (3/3)

Hypothèse: Les étoiles au lieu du soleil

Étoiles

Limitation: sources stellaires ou quasi-ponctuelles.

Très grand choix de sources dequalité et de différentes luminosités.

Disponible en tout temps dans l ’année, en presque toute directions.

Stabilité de la source lumineuse.

Équipement: Plan général

Équipement: Plan général

Équipement: Plan général

CCD

Pictor 416XTCCD Imageur

Équipement: CCD

*Charged Coupled Device (CCD)

Meade SCTLX200, 10``

Équipement: Télescope

CCDTélescope

Grille

Équipement: Grille

TélescopeCCD

Ordinateur

Équipement: Ordinateur

CCDTélescope

Grille

Logiciel d’extractionet de contrôle.

M. Aubé

Analyse du premier ordre (encadré):

Champ de vue de la caméra CCD

Quelques résultats spectroscopiques visuels

Mercure: Bleu/Vert (Mélange Ar/Hg, notez les raie de l ’Ar)

Néon: Rouge/Orange

Argon: Intense pour le capteur... mais faible lueur à l ’oeil!

Influence de l’atmosphère sur un spectre stellaire

CCD et/outélescope

O2

H2O

O2CCD

m

Uo

Um

Fig. 8: Schéma pour une source (soleil)

Um = Uo e -m j (1)

Loi Beer-Lambert:

ln Um = ln Uo -m j (2) ln Um1 = ln Uo1 - n m1 (4)

ln Um2 = ln Uo2 - n m2

Um1 = U01 e -nm1 (3)Um2 = U02 e -nm2

Loi Beer-Lambert:

m2

U02

Um1, Um2

Uo1

m1

2

Fig. 9: Schéma pour deux sources

forme “ Y= B + -j X ” mU

U

U

Un

m

m )ln()ln(02

01

2

1 (5)

•Une seule source

•Méthode des spectroradiomètres solaires

Méthodes de mesure à deux étoiles (1/2)

•Cette équation ne requiert pas de conversion compte de photons <=> Énergie incidente.

•Le rapport ln (U01/ U02) est constant et peut être connu.

• m est trouvé à partir de la déclinaison des étoiles par rapport à l’horizon local.

• La vitesse avec laquelle nous obtenons m n’est pas limité par la rotation de la Terre et le moment de la journée.

•Le spectre de chaque étoile, nous donne le rapport ln (Um1/ Um2) et nous avons finalement n.

mU

U

U

Un

m

m )ln()ln(02

01

2

1

Avantages:

La méthode avec deux étoiles a été développée par Leiterer et al., 1995

Méthodes de mesure à deux étoiles (2/2)

Premiers résultats aérosols obtenus (1/2)

Épaisseur optique en fonction du temps

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

3:43:12 3:57:36 4:12:00 4:26:24 4:40:48 4:55:12 5:09:36

Heure

Ép

aiss

eur

op

tiq

ue

pour = 500 nm(méthode deux étoiles)

Épaisseur optique totale moyenne: ~ 0.29

tot = r + H20 +O3 + aérosol + NOx

où r : Rayleigh, molécules de l'air (Azote et Oxygène).H20 : Vapeur d'eau. O3 : Ozoneaérosol : Aérosols NOx : Oxydes d'azote

Épaisseur optique aérosol 5 avril moyen CIMEL

0.00000

0.05000

0.10000

0.15000

0.20000

0.25000

0.30000

0.35000

0.40000

0 200 400 600 800 1000 1200

Lambda

AO

T

05-avr

06-avr

500 nm

670 nm AOTmoy.

mesuréaerostar

et par aerostar

nm

Premiers résultats aérosols obtenus (2/2)

En première approximation on pose: tot = r + H20 +O3 + aérosol + NOx

= 0.14 + 0 + 0 + aérosol(500nm) + 0

aérosol(500nm) ~ 0.16

•La résolution théorique du système utilisé est de 1.31 nm, en pratique elle est environ de 8~10nm à cause de la turnulence de l ’air, du focus, vibrations, etc...

•Présentement l’étoile doit être visible dans l ’image car elle sert de repère à l ’axe des longueurs d ’onde. En dévelloppement...

•Les résultats préliminaires sont à raffiner mais ceux obtenus sont en accord avec les mesures observées le jour par le spectroradiomètre CIMEL.

•Ce système a de forte chance d’être une bonne solution, peu coûteuse, au manque de mesure des aérosols la nuit.

Merci aux organisateurs de l ’ACFAS pour m ’avoir donné l ’opportunité de faire cette présentation.

...au FCAR et le CRSNG pour le financement de ce projet.

...à Martin Aubé pour avoir eu l ’idée d ’appliquer un moustiquaire à un télescope.

...à Alain Royer et Norm O ’Neill pour l ’encadrement.