Composition du jury

M. Olivier BOUCHER (MetOffice, UK) : Rapporteur
M. Xavier BRIOTTET (ONERA) : Rapporteur
M. Alain CHEDIN (LMD, CNRS) : Directeur de thèse
Mme Hélène CHEPFER (LMD, UPMC) : Examinatrice
Mme Laurence PICON (LMD, UPMC) : Co-directrice
Mme Clémence PIERANGELO (CNES) : Examinatrice
M. Didier TANRE (LOA, CNRS) : Examinateur

Résumé

Les aérosols, qu’ils soient d’origine naturelle ou anthropique, jouent un rôle important dans le système climatique. Ces particules en suspension dans l’atmosphère interagissent directement avec le rayonnement mais aussi de façon indirecte avec les autres composants de l’atmosphère. Leur impact sur le bilan radiatif reste difficile à quantifier, notamment à cause de la difficulté de mesurer avec précision leurs propriétés microphysiques et optiques. De plus, leur grande variabilité spatio-temporelle en fait un objet d’étude complexe.
La diversité des observations spatiales, tant en gammes de longueurs d’ondes utilisées que de techniques de mesures, rend possible une meilleure compréhension du rôle des aérosols. Parmi les méthodes de télédétection passive, le sondage infrarouge est encore peu utilisé par rapport aux techniques opérant dans le domaine visible. Or, en plus de permettre la clôture du bilan radiatif total en apportant la contribution de l’effet des aérosols sur le rayonnement terrestre, la télédétection infrarouge permet d’obtenir des observations de jour comme de nuit, sur mer comme sur terre. L’accès à l’altitude moyenne des aérosols représente une contribution majeure de l’infrarouge.
Cette thèse présente une méthode d’inversion des observations des sondeurs infrarouges à très haute résolution spectrale AIRS/Aqua et IASI/Metop-A. Les résultats obtenus en termes d’épaisseur optique à 10 µm et d’altitude moyenne à partir d’AIRS ont permis d’établir une climatologie de 8 ans (2003–2010) des propriétés des poussières désertiques. La synergie apportée par les observations d’autres instruments à bord de la constellation de satellites « A-Train » (MODIS/Aqua, CALIOP/CALIPSO, PARASOL) a permis de valider les résultats et de décrire de façon complète la distribution spatiale et le cycle naturel des poussières désertiques dans les tropiques. La très haute résolution apportée par IASI a permis d’étendre la méthode à l’inversion du rayon effectif du mode grossier des poussières et d’amorcer l’étude de leur évolution au cours de leur transport dans l’atmosphère.
Mots-clés : propriétés microphysiques et optiques, aérosols désertiques, télédétection infrarouge, AIRS, IASI, A-Train, algorithme d’inversion

Aerosols, coming from either natural or anthropogenic sources, play an important role in the Earth’s climate. In suspension in the atmosphere, these particles interact directly with solar and terrestrial radiation, and also with climate processes through the other components of the atmosphere. The impact of aerosols on the total radiative balance of the Earth is still difficult to quantify, in part due to the difficulty of measuring precisely their microphysical and optical properties. Their highly variable spatial and temporal distribution makes their study even more complex.
Multiple space observations, at different wavelengths and using different measurement techniques, offer a means to understand the role of aerosols. Among passive remote sensing methods, the use of infrared sounding is still lagging behind visible techniques. Yet, besides allowing the closure of the total radiative balance, infrared sounding also allows acquiring observations during both night and day, over ocean and over land. Access to the mean altitude of aerosols is a key point of infrared remote sensing.
This PhD thesis deals with an inversion method developed for hyperspectral infrared sounders such as AIRS/Aqua and IASI/Metop-A. Based on this method, a 8-year (2003–2010) climatology of dust aerosol properties (optical depth at 10 µm and mean altitude) has been obtained. These results have been validated using the temporal and spatial synergy brought by other instruments onboard the satellite constellation “A-Train” (MODIS/Aqua, CALIOP/CALIPSO, PARASOL). The spatial distribution and natural cycles of desert dust in the tropics are described. Thanks to the very high spectral resolution brought by IASI, the method has been extended to the retrieval of the effective radius of the dust coarse mode, which allows completing the study of dust aerosol evolution through atmospheric transport.
Keywords : microphysical and optical properties, dust aerosols, infrared remote sensing, AIRS, IASI, A-Train, inversion method.