Démonstration aéroportée SCARBO

Objectifs

  1. Démontrer l’opérabilité des prototypes NanoCarb en vol, tester la qualité des données
  2. Détecter un panache de CO2 au dessus d’une centrale thermique avec un taux d’émission >10 MtCO2/an, et ainsi apporter une preuve de concept de NanoCarb
  3. Mettre en œuvre SPEX pour la mesure d’aérosols
  4. Étudier l’apport et la faisabilité d’une combinaison mesure CO2 / mesure aérosol pour augmenter la précision d’un senseur de gaz (combinaison SPEX + NanoCarb)

Mise en œuvre

Les vols ont été effectués sur le Falcon 20 de SAFIRE

La campagne devait initialement comprendre 3 instruments à bord :
– Prototypes NanoCarb CO2 et CH4, plus une caméra de contexte dans le domaine visible, sur une plateforme gyro-stabilisée avec centrale inertielle.
– SPEX [1], spectro-polarimètre multi-axial du SRON pour la mesure d’aérosols.
– Capteur de référence MAMAP [2] pour la mesure conjointe de CO2 et CH4 et comparaison à NanoCarb (non disponible à cause de la situation sanitaire au moment de la campagne).

Intégration avion des instruments de la campagne SCARBO

Vols

Chaque vol a été opéré depuis l’aéroport de Francazal à Toulouse, siège de SAFIRE.

Les vols dédiés à NanoCarb devaient cibler les plus gros émetteurs européens (20-40 MtCO2/an) que sont les centrales de Niederaussem, Neurath et Jänschwalde en Allemagne, ainsi que Bełchatów en Pologne. Chaque vols devaient inclure le survole d’une station TCCON pour l’inter-calibration des instruments.

Les vols dédiés à SPEX ont eu lieu dans le Sud de l’Europe, présentant à ce moment là les concentrations d’aérosols les plus importantes. Chacun des vols SPEX inclut le survol d’une station AERONET pour l’inter-calibration des mesures d’aérosols.

Centrale de Bełchatów, Pologne (Crédit)

Les conditions météorologiques n’ont cependant pas permis de voler par temps clair au dessus de centrales thermiques. La seule tentative au dessus de Bełchatów n’a ainsi pas permis de répondre à l’objectif 2. de la campagne. Une grande quantité de données a néanmoins pu être acquise pendant les vols dédié aérosols, permettant de remplir l’objectif 1. de la campagne.

Traces GPS des vols effectués pendant la campagne

La figure suivante montre une sélection d’images de contextes stichées à partir des acquisitions temporelles. Une grande diversité de terrains, reliefs et paysages a été couverte, mais malheureusement sans sources ponctuelles de gaz.

Résultats

Cette campagne a permis d’acquérir les toutes premières images opérationnelles de NanoCarb sur chacune des voies, avec les images de contexte associées.

Nous avons alors pu mettre en œuvre la chaîne de calibration et de traitement permettant d’obtenir des données calibrées exprimées en unités radiométriques (L1) à partir des images brutes (L0).

Exemple d’acquisition au dessus de l’Italie entre la mer Adriatique et Modena. A gauche l’image panchromatique voie CO2 ; au milieu l’image de contexte, et à droite l’image brute voie CO2

Les travaux effectués jusque là ont permis de montrer que la qualité des images et le contenu en information étaient nominaux. En outre, l’instrument a montré une très bonne opérabilité en vol ainsi qu’une bonne stabilité de la réponse instrumentale. La chaîne de traitement a été appliquée pour obtenir des images L1 exportables dans les chaînes d’inversion utilisées par les spécialistes de l’atmosphère dans le consortium SCARBO [3].

Il s’agit d’un travail encore en cours, mais l’équipe NanoCarb a d’ores et déjà réalisé des tests de modélisation du signal pour vérifier l’adéquation des caractérisations radiométriques obtenues en laboratoires, en combinant des modèles d’atmosphère et de transfert radiatif simples.

Modélisation du signal en quelques points du champ du vue
Plus de détails sur les premières exploitations de données de cette campagne ici  [4].

Mis à jour le 19 novembre 2021

[1] Smit, M., Rietjens, J., Campo, J., Brugh, J. aan de, Amerongen, A. van, Hasekamp, O., Landgraf, J., Liu, X., 2021. Polarimetric calibration of a spectro-polarimeter for remote sensing and characterization of aerosols, in : International Conference on Space Optics — ICSO 2020. Presented at the International Conference on Space Optics — ICSO 2020, SPIE, pp. 1303–1318.

[2] Krings, T., Gerilowski, K., Buchwitz, M., Reuter, M., Tretner, A., Erzinger, J., Heinze, D., Burrows, J.P., Bovensmann, H., 2011. MAMAP – a new spectrometer system for column-averaged methane and carbon dioxide observations from aircraft : retrieval algorithm and first inversions for point source emission rates. Atmos. Meas. Tech. 24.

[3] Dogniaux, M., Crevoisier, C., Armante, R., Capelle, V., Delahaye, T., Cassé, V., De Mazière, M., Deutscher, N.M., Feist, D.G., Garcia, O.E., Griffith, D.W.T., Hase, F., Iraci, L.T., Kivi, R., Morino, I., Notholt, J., Pollard, D.F., Roehl, C.M., Shiomi, K., Strong, K., Té, Y., Velazco, V.A., Warneke, T., 2021. The Adaptable 4A Inversion (5AI) : description and first CO2 retrievals from Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) observations. Atmos. Meas. Tech. 14, 4689–4706. https://doi.org/10.5194/amt-14-4689-2021

[4] Gousset, S., Rodrigo, J.M., Coarer, E.L., Ehrhardt, H., Stadler, E., Hubert, Z., Magnard, Y., Croizé, L., Ferrec, Y., Barrière, F. de la, Domel, R., Coudrain, C., Gouyon, R., Chambon, M., Perrault, P., Boussey, J., Gourgon, C., Panabière, M., Gerges, N., 2021. NanoCarb spaceborne miniaturized GHG sensor : first experimental results, in : International Conference on Space Optics — ICSO 2020. Presented at the International Conference on Space Optics — ICSO 2020, SPIE, pp. 1106–1127.