Axes de recherche

AÉROSOLS ATMOSPHÉRIQUES

De novembre 2023 à fin février 2024, au cours son périple en Antarctique, l’équipage du Persévérance a réalisé environ 150 mesures photométriques, à l’aide du photomètre manuel Calitoo mis à disposition par le Laboratoire d’Optique Atmosphérique. 

Illustration de mesures effectuées à bord du Persévérance avec le photomètre Calitoo 

Cet instrument donne accès à l’épaisseur optique d’extinction des particules atmosphériques (AOD) à 3 longueurs d’onde (465, 540 et 619 nm). L’AOD (ou Aerosol Optical Depth) représente l’intégrale du coefficient d’extinction aérosol sur toute la colonne atmosphérique. Cette quantité est liée à l’extinction ou atténuation du faisceau solaire direct par diffusion (processus majoritaire) et par absorption (processus minoritaire) des aérosols. 

Sa variation spectrale dépend principalement de la taille des particules et dans une moindre mesure de leur forme et nature chimique. Environ 90% des données acquises sont de bonne qualité. Dans les 10% de données rejetées, on compte les premières journées, impactées par des nuages d’altitude fins et des élévations solaires trop faibles (<10°) auxquels les observateurs, en cours de rodage avec l’instrument, n’avaient probablement pas prêtés attention. Quelques données anormales, détectées par des triplets/doublets instables, ont également été rejetées. La répartition géographique des données est présentée sur les figures 2 et 3. Elle traduit la variabilité dans l’espace et le temps de l’aérosol présent sur toute la colonne atmosphérique. Sauf cas de transport d’altitude (troposphère libre ou stratosphère), les aérosols sont situés dans la couche limite planétaire dont la hauteur varie avec la saison et différents facteurs météorologiques. 

Variabilité spatio-temporelle de l’AOD mesurées depuis le Persévérance (11/2023-02/2024). Carte générée avec GPSvisualizer : https://www.gpsvisualizer.com/map_input?form=data 

Les données filtrées et corrigées peuvent être téléchargées au lien suivant : 

PERSEVERANCE CAMPAGNE 11/2023-02/2024-CNRS/U-LILLE-LOA 

L’analyse des données du Persévérance indique qu’aucun événement aérosol remarquable n’a affecté les régions traversées par le Persévérance au moment où il les a traversées. Une recommandation serait de densifier les observations, dès que les conditions météorologiques sont réunies (en particulier la prise systématique de 3 mesures consécutives, permettant de mieux déceler les contamination de fins nuages d’altitude). Il est également souhaitable de poursuivre les mesures au cours des campagnes à venir, et à terme d’en réaliser depuis le Polar Pod pour compléter les mesures de profil aérosol du lidar automatique prévu sur cette plateforme. Une version marine du photomètre automatique AERONET existe désormais. Une test de faisabilité, au cours d’une campagne à venir, pourrait être envisagée. 

Enfin, pour illustrer brièvement l’intérêt de ce type d’observation pour le spatial. L’observation satellite dans ces régions reculées demeure difficile à évaluer et parfois très imprécise selon les capteurs considérés et la couverture nuageuse. Les figures suivantes présentent les cartes d’AOD déduites du spectromètre américain MODIS pour le 30/01 et 01/02-2024. 

AOD MODIS à 550 nm (30/01/2024). Source NASA-Worldview 

Une nouvelle étape de la collaboration avec l’université de Lille a été franchie avec l’installation d’un photomètre automatisé sur le portique arrière. Une pré-visite a eu lieu en avril 2024 pendant l’arrête technique du navire, suivie de nombreuses itérations pour une installation terminée en mars 2025. Ce type d’instrument n’avait encore jamais été déployé sur voilier. 

Le Persévérance est le premier voilier équipé d’un photomètre solaire et, à ce titre, est désormais intégré au réseau AERONET (AErosol RObotic NETwork) dans sa composante maritime. Ce programme international, coordonné par la NASA et le projet PHOTONS (PHOtométrie pour le Traitement Opérationnel de Normalisation Satellitaire — Université de Lille, CNES, CNRS-INSU), regroupe des instruments de télédétection au sol et embarqués, destinés à l’étude des aérosols atmosphériques. 

Le Persévérance participe plus précisément à la Maritime Aerosol Network (MAN), une branche du réseau AERONET dédiée à la collecte de mesures d’épaisseur optique des aérosols (AOD) au-dessus des océans. Les mesures sont réalisées à l’aide d’un photomètre Microtops II, régulièrement utilisé à bord de navires de recherche ou de commerce pour améliorer la couverture océanique en données atmosphériques. 

Ce type de mission permet d’acquérir des données précieuses dans des régions maritimes souvent peu couvertes par les stations fixes au sol. Les observations sont traitées et classées selon les niveaux de qualité définis par AERONET (niveaux 1.0 à 2.0), puis mises à disposition de la communauté scientifique via les plateformes AERONET et PHOTONS. 

« Le réseau AERONET permet, depuis 1993, de mesurer, étudier et comprendre, depuis le sol, par télédétection passive, la variabilité des paramètres aérosols, de détecter d’éventuels changements et d’aider à quantifier leurs multiples impacts sur la qualité de l’air et le climat. Les variables mesurées sont très utilisées pour les validations spatiales, des modèles, les climatologies aérosols et synergies instrumentales. » extrait tiré du site CNRS. 

Schéma d’organisation et de circulation des données : les données sont enregistrées localement sur le PC embarqué, puis transmises automatiquement au LOA (Lille) à une fréquence horaire, sous réserve de connexion. 

La contribution du Persévérance s’inscrit dans l’objectif global du réseau : fournir une base de données homogène, de longue durée et en libre accès, pour la validation des capteurs satellitaires, l’étude des processus climatiques liés aux aérosols, et la collaboration entre laboratoires du monde entier. 

Suivi en temps réel des mesures acquises par le Persévérance : site web