O L importance du rôle l eau dans la physico-chimie de l atmosphère (effet de serre, dynamique des masses d air,.) lui donne une place de tout premier choix parmi les différents constituants atmosphériques. Son interaction avec le rayonnement, du fait de son moment dipolaire important, la rend facilement détectable par les appareils de mesure basés sur la spectroscopie. A ce titre, la connaissance spectroscopique de la molécule et de tout ses isotopologues présents dans l atmosphère semble de toute première importance, que ce soit pour déterminer les profils verticaux de la molécule mais aussi pour pouvoir retrancher sa contribution à l absorption solaire et atteindre les informations provenant des autres molécules (polluants, ozone, ). L importance de sa contribution à l absorption atmosphérique est telle que ses fréquences caractéristiques d absorption définissent les fenêtres d opacité de l atmosphère, et que les différents instruments embarqués qui ont pour but de sonder l atmosphère sur des long trajets doivent cibler les fenêtres de transparence entre les bandes principales de l eau. Or il apparaît encore aujourd hui que la connaissance spectroscopique de la molécule d eau n est pas encore satisfaisante. Sur la figure ci dessous, sont représentées, à partir des bases de données HITRAN 2004 et GEISA, les sections efficaces intégrées par bande vibrationnelle en fonction du centre de bande approximatif pour chaque isotopologue. 7250 HOD H 17 2 O 10012 H 18 2 O 13780 H 16 2 O 25120 1E-27 0 5000 10000 15000 20000 25000 Centres de bandes cm -1
Notre équipe travaille depuis quelques années à corriger ces lacunes en mesurant de manière exhaustive les paramètres des raies spectrales de la vapeur d eau. Ces mesures ont été initiées dans le visible grâce à la cellule d absorption de 50 m de longueur de base dont la configuration en montage de White nous permet d atteindre des trajets d absorption allant jusqu à 1.8 km. Ces longs trajets nous permettent de détecter des raies dont l intensité est aussi faible que 5 10-28 cm/molec. Le tableau ci-dessous résume l ensemble des travaux qui ont été effectués jusqu à aujourd hui pour l eau en concentration isotopique naturelle, ainsi que pour les espèces déutérées. O naturelle Mélanges O/HDO/D 2 O Régions Résolutions 2500 30 000 cm -1 15 30 60 mk 4 000 30 000 cm -1 15 30 60 mk T Ambiante Ambiante P 18 hpa 13 hpa L 0,3 à 1800 m 600 m N 2 (hpa) air (hpa) 0 170 800 0 170 570 0 0 Les régions spectrales sont repérées par la polyade correspondant à la série de transitions, dans le cas de l eau par laquelle on a la relation approchée ω 1 ω 3 2ω 2 entre les fréquences harmoniques, les polyades sont repérées par l indice n=v 1 +V 3 +[V 2 /2] accolé d un δ si V 2 est impair. On note alors δ, ν, ν+δ, 2ν, 2ν+δ.les différentes polyades. Un exemple de spectre de l eau naturelle est représenté si dessous dans chaque région spectrale avec la source lumineuse et le detecteur utilisés. L ensemble du domaine 4200-26000 cm -1 a donné lieu à la mesure des paramètres de plus de 23000 raies d absorption. Les mesures effectuées sont intégrées dans les différentes banques de données HITRAN 2004, GEISA, elles ont, en outre, permis à l équipe de s intégrer dans un projet IUPAC.
diode Si Lampe W InSb Lampe W InSb Lampe W 2ν+δ 2ν ν+δ ν 600 m 13 hpa
diode GaP lampe Xe diode Si lampe Xe diode Si lampe W 7ν+δ 7ν 6ν+δ 5ν+δ 5ν 4ν+δ 3ν 2ν+δ 8ν 6ν 4ν 3ν+δ 600 m 18 hpa
Une série d expériences a été initiée pour caarctériser l absorption des isotopologues HDO et D 2 O. En effet, du point point de vue atmosphérique, seul l isotopologue HDO est en concentration non négligeable, cependant son étude spectroscopique en laboratoire ne peut être menée séparemment de l isotopologue D 2 O. Les spectres ont donc été enregistrés en utilisant différents mélanges isotopiques O/HDO/D 2 O. La problématique particulière de ce type d étude est la détermination des pressions partielles de chaque isotopologue ainsi que l attribution des raies à chacun d eux. Pour cela, comme le montre la figure suivante, nous avons utilisé des spectres ayant la même pression totale, les rapports entre les spectres donnant des comportements différents pour les raies de chaque isotopologue. L attribution isotopique peut alors se faire de visu sur ces rapports de spectre. D autres expériences sont actuellement en cours, que ce soit pour l eau naturelle vers 10 µm (besoins spécifique pour les expériences du projet «Interféromètre Atmosphérique pour le Sondage Infrarouge» embarquées sur les sattellites METOP d EUMETSAT), pour les isotopologues déutérés (couverture de toute la région spectrale), et pour l isopologue 18 O.
O pure A Trajet: 600 m, P: 13 hpa, Résol.: 0.03 cm -1 2.4 HDO+D 2 O 1.9 A / C 1.4 O:3.1% HDO:22.7% B 0.9 0.4 O D 2 O:74.2 % 2 C / B 1.5 D 2 O O:16.5 % HDO:49.8 % C 1 D 2 O:33.7 % O+HDO 0.5 9125 9120 9115 9110 9105 9100 11500 11000 10500 10000 9500 9000 8500