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AMELIORATION DES PERFORMANCES D'UN INTERFEROMETRE DE MICHELSON DEVELOPPE AU NATIONAL PHYSICAL LABORATORY. L'AMELIORATION DU CONTRASTE INTERFERENTIEL A ETE OBTENUE EN REDUISANT PAR UN JEU DE MIROIRS PARABOLIQUES LES DIMENSIONS DU FAISCEAU DE RAYONNEMENT IR
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Le travail que je présente est une étude prospective de spectroscopie moléculaire effectuée dans le domaine de l'infrarouge lointain (30-500 cm-1) jusqu’alors très peu étudié en spectroscopie par transformation de Fourier. La mise au point au laboratoire de plusieurs dispositifs expérimentaux a permis d’enregistrer les spectres d’espèces moléculaires (à l’état gazeux) d’intérêts atmosphérique et astrophysique. Les spectres d’absorption et d’émission à haute résolution de molécules légères (cis- trans-HONO, H2O, NH3) obtenus par ces dispositifs apportent de nombreuses informations spectroscopiques. Une partie du manuscrit est consacrée à la présentation de ces spectres ainsi qu' à l’analyse rotationnelle des espèces moléculaires responsables des structures observées. Par la suite, nous avons enregistré les spectres d'émission dans l'infrarouge lointain de six petites molécules Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (PAHs) ainsi que le spectre d'absorption à température ambiante du naphtalène. Ces spectres sont d'un grand intérêt pour les futurs projets astrophysiques. Finalement, une partie de mon travail a été consacrée à la caractérisation expérimentale de la ligne d’extraction du rayonnement synchrotron infrarouge et infrarouge lointain (SIRLOIN-2 au LURE) et à l'utilisation de ce nouveau continuum lumineux pour l'enregistrement de spectres d'absorption à haute résolution.
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Pour répondre au besoin de miniaturisation des spectromètres de terrain travaillant dans l'infrarouge, l'ONERA a développé un nouveau concept baptisé MICROSPOC. Ce dispositif est un détecteur infrarouge auquel a été intégré un interféromètre à deux ondes, constituant un spectromètre statique par transformée de Fourier. Ce plan focal infrarouge modifié, qui fusionne la fonction interférométrique et la fonction de détection, associé à une optique de tête simplifiée, permet d'envisager la réalisation d'instruments très compacts. L'objectif de cette thèse est de concevoir un spectromètre infrarouge miniature basé sur le dispositif MICROSPOC. Dans un premier temps, un travail théorique a été mené, dans l'objectif de dimensionner un système optique très compact. Notre choix s'étant orienté vers un système optique de collection (le détecteur voit une source étendue à distance finie), l'étude de l'acceptance angulaire de MICROSPOC dans ces conditions d'éclairement est indispensable afin de prévoir le contraste et la forme des franges d'interférence. Les résultats montreront la grande acceptance angulaire de MICROSPOC.Dans un second temps, un démonstrateur basé sur un composant MICROSPOC et sur le système optique simplifié a été réalisé. Ce démonstrateur a été caractérisé en laboratoire puis utilisé sur le terrain lors d'une campagne de mesures. Ces différentes exploitations ont montré la robustesse de l'instrument malgré l'obtention d'interférogrammes présentant divers défauts.Dans un troisième temps, une chaîne de traitement a été développée afin d'estimer un spectre à partir d'un interférogramme obtenu à l'aide du démonstrateur. Du fait des caractéristiques intrinsèques de MICROSPOC, la transformée de Fourier n'est pas la meilleure solution pour estimer un spectre. Nous l'avons montré en nous intéressant aux effets des disparités de longueur d'onde de coupure du détecteur sur l'estimation d'un spectre. Nous nous sommes alors tournés vers une approche consistant à utiliser la caractérisation spectrale de l'instrument pour inverser la mesure. Cette approche donne des résultats satisfaisants.Enfin, le but principal de cette thèse a été élargi par la conception et la réalisation de différents démonstrateurs combinant une fonction d'imagerie à une fonction de spectrométrie. Les premières pistes pour la conception d'un spectromètre qui tient dans la main ont été données.
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La mesure des concentrations d'espèces à l'état de trace, susceptibles d'avoir un impact notable sur la santé, le climat ou la stabilité de la couche d'ozone constitue un véritable défi. Les prochaines missions spatiales, prévues à haute sensibilité, apporteront un progrès si et seulement si les paramètres spectraux nécessaires sont disponibles. Pour certaines espèces d'intérêt atmosphérique telles que le chlorure de nitryle (ClNO2), le phosgène (Cl2CO) et le nitrate de chlore (ClONO2), les données spectroscopiques sont incomplètes ou quasiment inexistantes. Le défi dans cette thèse consiste à obtenir des paramètres spectroscopiques (positions et intensités de raies ou sections efficaces d'absorption) pour ces espèces, en vue des applications atmosphériques. Cependant, hormis Cl2CO, la spectroscopie de ClNO22 et ClONO2 est rendue difficile par leur synthèse chimique très complexe, leur réactivité avec les métaux et les matériaux organiques et leur instabilité en présence de lumière et chaleur. De plus, ces molécules sont assez lourdes (présence du chlore avec ses deux isotopomères) et présentent des spectres denses et assez compliqués par de nombreuses perturbations qui affectent les niveaux de vibration-rotation.Dans le cas de ClNO2, des spectres ont été enregistrés dans la gamme 300 - 900 cm-1 avec de meilleures conditions expérimentales (haute résolution, basse température, long parcours, faible pression) en utilisant le rayonnement synchrotron de la ligne AILES à SOLEIL. Des modélisations précises des régions à 370 et 790 cm-1 ont été effectuées. Ces régions pourront être exploitées pour une future télédétection atmosphérique par spectroscopie IRTF respectivement par les instruments FORUM et IASI-NG. Les vibrations de basse énergie de ClONO2 jamais observées à haute résolution avant ce travail ont également été mesurées. Une première modélisation de la région de la torsion vers 120 cm-1 est présentée dans cette thèse. L'analyse de ces vibrations sera utile pour modéliser les bandes chaudes dans les fenêtres atmosphériques où ClONO2 est actuellement détecté, et in fine permettra d'aboutir à une restitution bien plus précise du profil de concentration de ClONO2. Concernant Cl2CO, des sections efficaces ont été mesurées au LISA, d'une part, à température ambiante pour clarifier les données des travaux antérieurs et, d'autre part, dans les conditions stratosphériques en soutien à la télédétection satellitaire.
Author: Ai͏̈ssa Dembri
Author: Didier Decoster
Author: Olivier Pirali
Author: Jean-Claude Bureau
Author: Frédéric Gillard
Author: Pierre Delorme
Author: Anusanth Anantharajah
Author: John R. Ferraro
Author: Jacques Vanbremeersch![Spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier [microforme] : spectre d'absorption à résolution élevée du phosphure de méthine entre 3148 et 3248 cm↑-↑1 PDF](https://books.google.com/books/content/images/frontcover/YUGgwgEACAAJ?fife=w80-h100)
Author: Bruno Boulanger