COMPLEAT — Continua d'absorption infrarouge: Etudes de laboratoire, calculs et applications à la modélisation des atmosphères des planètes telluriques

Notre but est de caractériser par l’expérience et la théorie les continua d’absorption dans les mélanges gazeux H2O-CO2, CH4-CO2 et H2-CO2 pour des simulations du climat des atmosphères planétaires enrichies en CO2. Actuellement ces continua sont largement inconnus. Des mesures à l’état de l’art seront réalisées à différentes températures par technique FTS, CRDS et OF-CEAS dans les ailes des bandes du CO2 de l’infrarouge lointain à l’infrarouge courte longueur d’onde (SWIR). Les techniques CRDS et OF-CEAS ont prouvé leur capacité à mesurer des continua faibles de la vapeur d’eau dans les fenêtres de transparence avec des incertitudes très réduites grâce à leur grande sensibilité et à la grande stabilité de la ligne de base des spectres enregistrés. Dans le cadre de ce projet, nous développerons une cellule de haute finesse régulée en température qui sera installée dans les spectromètres CRDS disponibles permettant ainsi d’étudier les continua de H2-CO2 et H2O-CO2 dans l’infrarouge courte longueur d’onde (SWIR) entre 250 K et 350 K. Une nouvelle source laser, émettant vers 2853 cm-1, sera installée dans un instrument OF-CEAS permettant des études de H2O-CO2 autour de ce nombre d’onde entre la température ambiante et 325 K. En parallèle des spectres seront enregistrés dans l’infrarouge moyen et lointain en utilisant la cellule multi-passages de 150 m associée au spectromètre à transformée de Fourier de la ligne de lumière AILES du synchrotron SOLEIL. Cette cellule offre la possibilité d’être chauffée jusqu’à 330 K. Dans le projet, nous remplacerons les fenêtres actuelles de la cellule qui sont en film de polypropyl par des fenêtres en diamants afin d’améliorer significativement la stabilité de la ligne de base lorsque l’on travaille à des pressions proches de la pression atmosphérique. Ce montage permettra d’effectuer des enregistrements à la pointe de spectres de H2-CO2, CH4-CO2 et H2O-CO2 dans l’infrarouge lointain et moyen à température ambiante et à 330 K. A la fin de l’action de recherche expérimentale, des jeux de données de grande exactitude seront disponibles pour des tests de validation des modèles théoriques développés au LMD, les spectres calculés ayant l’avantage de couvrir une grande variété de gammes spectrales et de températures. Pour cela différentes approches théoriques, précédemment développées et testées pour des systèmes moléculaire proches de ceux étudiés ici (par exemple CH4-N2), seront utilisées. Les paramètres d’entrée de ces modèles seront ajustés pour obtenir le meilleur accord avec les mesures disponibles. Ensuite, les outils de prédiction seront construits et utilisés pour générer les coefficients d’absorption dans les différentes gammes spectrales et conditions de température adaptées aux applications planétaires ciblées. Les continua de H2O-CO2, CH4-CO2 et H2-CO2 seront implémentés dans un modèle climatique global 3D pour trois applications distinctes : premièrement pour modéliser le paléoclimat de Mars afin de comprendre les conditions dans lesquelles les réseaux de rivières et de lacs ont été façonnés, ensuite pour simuler les planètes avec des océans de magma ce qui est une étape cruciale pour comprendre pourquoi la Terre et Vénus ont évolué si différemment, enfin pour produire des observables synthétiques pour des exoplanètes d’une taille proche de celle de la Terre – à toutes les étapes de leur évolution – pour investiguer la possibilité de caractériser l’atmosphère de ces mondes avec les observatoires astronomiques de prochaine génération.