NanoCarb est une adaptation spécifique de ImSPOC, où l’on profite de la flexibilité du concept pour réaliser des fonctions optiques complexes.

NanoCarb est ainsi un corrélateur de signature spectrale conçu pour optimiser la sensibilité au CO₂ et CH₄ dans le proche infra-rouge, tout en restant compact.

L’instrument est composé d’un système afocal de front, qui permet de délimiter le champ entre chaque imagette. Le reste de l’instrument est composé du cœur ImSPOC fait de l’association entre matrice de micro-lentilles et matrice de micro-interféromètres. La spécificité de NanoCarb est liée à cette dernière. En effet, les micro-interféromètres sont réalisée en silicium cristallin monolithique par le LTM [1] (optimisation de l’ouverture et du rapport signal à bruit). De plus, la distribution d’épaisseur des interféromètres permet de cibler l’information dans l’espace des interférences, et donc de la filtrer. On parle d’échantillonnage partiel de l’interférogramme ou de corrélation de signature spectrale. Ce principe est bien adapté au CO₂ et CH₄, qui présentent des signatures spectroscopiques périodiques dans le proche IR, et donc une signature localisée dans l’espace des interférences. Un filtrage spectral fin est également effectué en amont, de façon à optimiser ces signatures interférométriques et donc la sensibilité.

Conception d’une charge utile spatiale

L’instrument spatial comprend 4 voies spectrales indépendantes. Chacune est composée d’un module NanoCarb :
– B1 Bande O₂ 760 nm
– B2 Bande CO₂ 1.60 µm
– B3 Bande CH₄ 1.66 µm
– B4 Bande CO₂-strong 2.06 µm

Ces quatre bandes combinées permettent de mesurer la fraction molaire de CO₂ et de CH₄ intégrée sur la colonne d’air sec. Chaque voie présente également plusieurs canaux interférométriques, qui ciblent chacun une signature donnée : vapeur d’eau, CO₂ ou CH₄, aérosol etc.

Un premier dimensionnement donne les caractéristiques suivantes :

Prototypes de démonstration aéroportée

Ce sont des versions allégées de la charge utile spatiale, conçues avec des ressources limitées afin de réaliser une preuve de concept de NanoCarb. Deux prototypes de vol indépendants ont ainsi été assemblés, l’un correspondant à la bande CO₂, l’autre à la bande CH₄. Ces prototypes sont dimensionnés afin de détecter des panaches de CO₂ au dessus de centrales thermiques (classe d’émetteur >10 MtCO₂/an), ou de sources de méthane (puits de mine, site gazier), depuis une altitude comprise entre 3000 et 10 000 m.

Pour atteindre cet objectif, la sensibilité sur chaque bande doit être de 1 à 2 % de la colonne totale de gaz, relativement au fond homogène hors panache.

Chaque prototype possède 64 x 64 pixels dans le champ de vue, pour un pixel au sol de 50 m à une altitude de 10 000 m.

Chaque prototype occupe un volume de 9 x 10 x 26 cm³ pour une masse de 1,9 kg.

Mis à jour le 19 novembre 2021