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Posté par Adrien le Jeudi 25/02/2016 à 12:00
Détecter les gaz atmosphériques à distance et en continu
Des chercheurs et ingénieurs du laboratoire GeoRessources (GeoRessources/OTELo, CNRS / Université de Lorraine / Centre de recherche CREGU) ont mis au point un dispositif 3D de mesure à distance (télédétection) depuis le sol des gaz atmosphériques qui émettent dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que...). Très mobile et utilisable en zone urbaine, il permet d'identifier des panaches troposphériques de tels gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de...), de les localiser avec précision et de suivre leur extension spatiale au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Le développement d'un système clé en main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par...) de surveillance en zone urbaine de ce type de pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].) est envisagé.

Ces dernières années, pour mesurer les pollutions atmosphériques, la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) favorisait la télédétection (La télédétection désigne, dans son acception la plus large, la mesure ou l'acquisition d'informations sur un objet ou un phénomène, par l'intermédiaire d'un instrument de mesure n'ayant pas de contact avec l'objet étudié.) par satellites (Satellite peut faire référence à :), avions ou drones, des outils coûteux, ne permettant pas d'aller partout et embarquant des détecteurs souvent de type mono-gaz (LIDAR). Lorsque l'échelle devient locale (10 x 10 x 10 km), que la résolution demandée est de l'ordre du mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...), que la surveillance doit être continue quelles que soient la topographie et les conditions météorologiques et que les coûts doivent être raisonnables, alors la télédétection depuis le sol (sol-air) apparaît comme la voie la plus prometteuse et devient un véritable enjeu pour la surveillance environnementale.

Les chercheurs de GeoRessources se sont intéressés au challenge scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) que constitue le fait d'être capable, à distance, de déterminer la composition chimique et d'apprécier l'extension spatiale d'un nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière qu’il reçoit, de la...) atmosphérique ou d'un panache de fumée (La fumée, parfois appelée boucane en Amérique du Nord, est un nuage de particules solides émis par un feu ou un échauffement mécanique....).


Système SIGIS de chez Bruker, dispositif infrarouge sol-air mobile du laboratoire GeoRessources (vues réelle à gauche et schématique à droite).
Convaincus par le potentiel de la technique de télédétection d'émission infrarouge, ils ont choisi d'utiliser un mini (MINI est une marque automobile de BMW Group. L'ancien modèle Mini était construit par MG Rover.) télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter...) d'une portée de plus de 10 km pour balayer pas à pas la zone à analyser, avec un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) de mesure de l'émission infrarouge du nuage de 10 milliradian, soit une résolution de 10 m à une distance de 1000 m.

Souhaitant en outre obtenir une localisation exacte de l'enveloppe de pollution, ils ont mis au point (Graphie) un système de mesure 3D imposant de disposer d'une mesure stéréoscopique, c'est-à-dire idéalement de 3 mesures synchrones à 3 endroits différents.

Toutes les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) géo-référencées obtenues ont été numérisées et interpolées à l'aide du modeleur volumique gOcad® afin de reconstruire, à chaque instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une...), l'enveloppe géométrique 3D vectorisée du panache gazeux et de ses constituants.


Localisation et reconstruction spatiale des émissions de SO2 dans la zone urbanisée de Nancy, réalisées à partir de trois visées par mini télescope infrarouge (ronds jaunes).
La surveillance atmosphérique de la zone urbanisée de Nancy a ainsi permis de mettre en évidence l'existence d'un nuage de polluant (Le polluant a pour définition la plus souvent retenue : un altéragène biologique, physique ou chimique, qui audelà d'un certain seuil, et parfois dans certaines conditions...) gazeux (SO2) localisé en centre-ville (Le centre-ville est le cœur de la ville. Il est également appelé hypercentre dans le cas des grandes agglomérations. C'est le lieu des manifestations culturelles et sportives, des...), dont ils ont pu déterminer le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) (65 106 m3) et les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...) (L x l x h: 915 x 735 x 165 m). La présence d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) important d'engins de chantier due à une forte activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) de rénovation urbaine, ainsi que l'exhumation d'anciennes citernes à hydrocarbures sont vraisemblablement à l'origine de cette pollution ponctuelle.

Ces travaux montrent qu'en associant système de mesure stéréoscopique et reconstruction numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et...), il est possible d'identifier, de localiser précisément et de suivre en continu l'extension de panaches gazeux troposphériques, à condition que les gaz qui le constituent émettent dans l'infrarouge moyen. Et que pour ce faire, il suffit de déployer au sol des appareils de télédétection infrarouge ce qui présente des avantages considérables en terme de coût.

Ces systèmes qui préfigurent les outils de surveillance de demain présentent déjà des champs d'application extrêmement vastes, couvrant à la fois:
- le domaine civil avec la surveillance de tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) site potentiellement émissif: sites industriels, centres de stockage de déchets et de gaz, plateformes pétrochimiques, zones urbanisées, écosystèmes naturels, fumerolles et volcans ;
- le domaine militaire avec principalement l'étude de la trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma coronal, à...) gazeuse des propulseurs de missiles et la détection des explosifs.

Un prototype pour un système de surveillance clé en main applicable en zone urbaine est envisagé à court terme.

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Source: CNRS-INSU