• Langue : Anglais
• Discipline : Terre, enveloppes fluides
• Identifiant : 2024ULILR014
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 28/03/2024

Résumé en langue originale

Améliorer notre compréhension de la distribution spatiotemporelle des aérosols et de leur impact aux échelles locale, régionale et mondiale, tout en réduisant les incertitudes sur leurs propriétés, est crucial pour évaluer avec précision leurs effets radiatifs. À cette fin, le lidar et le photomètre sont des outils pratiques pour la surveillance des aérosols, renforcés par le développement de réseaux. Cependant, les laboratoires fixes sont limités par leurs conditions locales et leur position par rapport aux sources d'aérosols. Ainsi, le déploiement de laboratoires mobiles (à bord de croisières, avions ou voitures) fournit une solution pour combler ces insuffisances observationnelles au sein des réseaux. Les premières expériences avec un lidar élastique mono-longueur d'onde et un photomètre solaire automatiques ont démontré la faisabilité des observations en mouvement et ont mis en évidence les verrous techniques à lever. Le lidar léger CIMEL CE376, qui fournit des mesures à 532 nm et 808 nm et polarisation à 532 nm, est couplé au photomètre solaire/lunaire CE318-T pour améliorer la surveillance mobile des aérosols. Des évaluations instrumentales et algorithmiques ont été menées à la plateforme ATOLL (ATmospheric Observatory of liLLe, infrastructure ACTRIS), située au Laboratoire d'Optique Atmosphérique (LOA), Université Lille, France. En particulier, des développements algorithmiques sont proposés pour déduire les propriétés des aérosols à partir des mesures du lidar CE376, envisageant une analyse en temps quasi réel. Les données acquises sur deux sites, ATOLL et IZO (Observatoire d'Izaña, Tenerife, Espagne), ont donc été analysées à travers des études de cas en présence de différents types d'aérosols (poussières désertiques, poussières désertiques-fumée issue de feux de biomasse, cendres et sulfates volcaniques) ; illustrant ainsi les capacités du système lidar pour caractériser les aérosols. De plus, un premier ensemble de données de lidar CE376 et de photomètre effectuant des mesures en déplacement a été obtenu lors de la campagne FIREX-AQ (Fire Influence on Regional to Global Environments and Air Quality), déployée à l'été 2019 dans le nord-ouest des États-Unis. Malgré des conditions environnementales extrêmes, l'étude des aérosols de fumée près des sources d'incendie de forêt a été rendue possible par des observations en 3D du lidar et du photomètre. Les implications futures d'un lidar CE376 à bord d'un navire sont également présentées, grâce à l'intégration test d'un lidar mono-longueur d'onde à bord du navire de recherche Marion Dufresne lors de la campagne AMARYLLIS-TRANSAMA en 2023. Ce travail offre une discussion complète sur les capacités (et les limites) du lidar CE376 pour combler les lacunes observationnelles dans la surveillance des aérosols, fournissant des perspectives précieuses pour la recherche future dans ce domaine.

Résumé traduit

Improving our understanding of aerosols spatio-temporal distribution and their impact at local, regional, and global scales, while minimizing uncertainties in their properties, is crucial for accurately assessing their radiative effects. To this end, lidar and photometer are convenient tools for aerosol monitoring, enhanced by the development of networks. However, laboratories in fixed sites are restricted by their local conditions and position with respect to the aerosol sources. Thus, the deployment of mobile laboratories (aboard ship cruises, airplanes or cars) provided a solution to fill these observational gaps within networks. The first experiences using a single-wavelength elastic lidar and sun-photometer have demonstrated the feasibility of in-motion observations and highlighted ongoing technical challenges to be addressed. Therefore, the lightweight CIMEL CE376 lidar, which provides measurements at 532 nm and 808 nm and depolarization at 532 nm, is coupled with the CE318-T sun/moon photometer to enhance mobile aerosol monitoring. Both instrumental and algorithmic assessments were conducted at ATOLL (ATmospheric Observatory of liLLe) platform operated at the Laboratoire d'Optique Atmosphérique (LOA), in Lille, France. In particular, algorithmic developments are proposed to retrieve aerosols properties from the CE376 lidar measurements, envisioning near real time analysis. Data acquired at two sites, ATOLL and IZO (Izaña Observatory, Tenerife, Spain), were therefore analyzed through case studies under presence of different aerosol types (mineral dust, mineral dust-smoke, volcanic ash and sulfates), showcasing, in this way, the capabilities of the lidar system to characterize aerosols. Moreover, a first dataset of CE376 lidar and photometer performing on-road measurements was obtained during the FIREX-AQ (Fire Influence on Regional to Global Environments and Air Quality) field campaign, deployed in summer 2019 over the Northwestern USA. Despite the extreme environmental conditions, the study of smoke aerosols near fire sources was enabled by lidar and photometer mapping in 3D. The future implications of a ship-borne CE376 lidar is also presented, by means of showcase from a single-wavelength lidar aboard the Marion Dufresne research vessel during the AMARYLLIS-TRANSAMA campaign in 2023. This work provides a comprehensive discussion on the capabilities (and limitations) of the CE376 lidar in bridging observational gaps in aerosol monitoring, providing valuable insights for future research in this field.