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UNIVERSITÉ D’ORLÉANS



ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET TECHNOLOGIES

Laboratoire de Physique et Chimie de l´Environnement et de l´Espace
LPC2E

THÈSE présentée par :
Verónica SALAZAR


soutenue le: 13 décembre 2010

pour obtenir le grade de: Docteur de l’Université d’Orléans
Discipline: Physico-Chimie de l´Atmosphère

Étude des propriétés physiques des aérosols
de la moyenne et haute atmosphère à partir
d´une nouvelle analyse des observations de
GOMOS-ENVISAT pour la période 2002-2006


JURY :

M. Gilles POULET Professeur, Université d´Orléans Président du jury
Mme. Colette BROGNIEZ Professeur, Université de Lille I Rapporteur
M. Alain HAUCHECORNE Directeur de recherche, LATMOS
M. Slimane BEKKI Directeur de recherche, LATMOS Examinateur
Mme. Christine BINGEN Chercheur, IASB, Belgique Examinatrice
M. Paolo LAJ Directeur de recherche, LGGE Examinateur
M. Jean-Baptiste RENARD Directeur de recherche, LPC2E Directeur de thèse
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A Ignacio, Natalia y David



















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Remerciements

Je remercie Pierre-Louis Blelly, directeur du LPCE à mon arrivée, de m´avoir
accueillie au sein du laboratoire, et Michel Tagger, directeur du LPC2E à mon
départ, que j´ai eu la chance de mieux connaître.
Merci aux membres du jury: Paolo, pour avoir accepté d´examiner ce travail;
Christine et Slimane, pour l´intérêt qu´ils ont porté à ma thèse, et pour les discussions
qui ont enrichi mon esprit scientifique. Alain et Colette méritent une reconnaissance
spéciale, et Gilles une affection particulière.
Je remercie sincèrement Jean-Baptiste, car en travaillant à ses côtés j´ai énormément
appris pendant ces trois années. Je lui suis reconnaissante de l´encadrement dont j´ai
bénéficié et de l´expérience inoubliable qui a été celle de l´accompagner lors d´un vol
à bord de l´A300 ZERO-G.
Je dois beaucoup à Christophe, grâce à qui j´ai découvert l´enseignement dans les
meilleures conditions. Je le remercie pour ses conseils, et pour son engagement en
tant que tuteur pédagogique. Merci également à Charles de Izarra, directeur de
l´antenne universitaire de Bourges, et à Luc Morin-Allory, ancien directeur de l´École
Doctorale et actuel directeur du CIES.
Merci à Julien, Antoine et Franck pour les services rendus et pour leur disponibilité; à
Marco pour ses nombreux coups de main et dépannages; à Michèle, sur qui j´ai pu
compter (y compris weekends et jours fériés) pour consulter articles et ouvrages en
urgence... Merci à Jean-Louis, Aurélie et Xavier de ne pas avoir lésiné en bon
conseils, à Jean Yves pour son aide informatique et pour les bons moments passés au
LPCE (Le Petit Club d´Échecs), à Mirvatte pour avoir rendu le quotidien dans notre
bureau aussi sympathique... !
Bien plus nombreuses que les personnes citées me sont chères, mais leur amitié se
situe au-delà du remerciement; je pense à tous ceux qui, au LPC2E et ailleurs, ont fait
partie de ma vie pendant ces années. Mes pensées plus affectueuses s´adressent à mes
parents, à mon frère et à Rémi.




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Table des matières


Acronymes 11 

Introduction 13 

Chapitre 1. L´atmosphère terrestre et les aérosols 17 
1.1  Bilan radiatif ...................................................................................................................... 18 
1.2  Structure et composition de l´atmosphère ................................................................................ 19 
1.3  Dynamique atmosphérique ....................................................................................................... 21 
1.3.1  Circulation générale ........................................................................................................ 21 
1.3.2  Éléments de la dynamique stratosphérique ..................................................................... 22 
1.4  Chimie stratosphérique ............................................................................................................. 25 
1.4.1  Chimie de l´ozone ........................................................................................................... 25 
1.5  Aérosols: généralités ................................................................................................................ 28 
1.5.1  Définition et classification .............................................................................................. 28 
1.5.2  Distribution en taille ....................................................................................................... 30 
1.5.3  Effets climatiques des aérosols ....................................................................................... 31 
1.6  Aérosols stratosphériques ......................................................................................................... 33 
1.6.1  Instruments et techniques de mesure .............................................................................. 33 
1.6.2  Nuages stratosphériques polaires .................................................................................... 37 
1.6.3  Aérosols liquides sulfatés ............................................................................................... 38 
1.6.4  Aérosols volcaniques ...................................................................................................... 39 
1.6.5  Aérosols carbonés ........................................................................................................... 45 
1.6.6  Poussières interplanétaires .............................................................................................. 47 
1.6.7  Distribution des aérosols stratosphériques ...................................................................... 48 
7

tel-00608052, version 1 - 12 Jul 2011 Table des matières


Chapitre 2. L´instrument GOMOS 51 
2.1  Description générale de l´instrument GOMOS ........................................................................ 52 
2.2  Optique atmosphérique ............................................................................................................. 53 
2.2.1  Spectroscopie d´absorption ............................................................................................. 53 
2.2.2  Contribution de diffusion ................................................................................................ 54 
2.2.3  Extinction ........................................................................................................................ 55 
2.3  La technique d´occultation stellaire .......................................................................................... 56 
2.3.1  Choix des sources lumineuses ......................................................................................... 57 
2.3.2  Couverture géographique des observations .................................................................... 58 
2.3.3  Résolution verticale et précision ..................................................................................... 59 
2.4  Produits scientifiques ................................................................................................................ 61 
2.4.1  Données de niveau 1b ..................................................................................................... 61 
2.4.2  Données de niveau 2 ....................................................................................................... 61 

Chapitre 3. L´algorithme d´inversion 65 
3.1  Description de la méthode d´analyse ........................................................................................ 66 
3.1.1  Domaine spectral ............................................................................................................. 67 
3.1.2  Inversion spectrale .......................................................................................................... 68 
3.1.3  Inversion spatiale (ou verticale) ...................................................................................... 77 
3.2  Critères de sélection .................................................................................................................. 81 
3.2.1  Critère sur l´écart type ..................................................................................................... 82 
3.2.2  Critère sur l´altitude minimale de l´ozone ...................................................................... 83 
3.2.3  Critère additionnel ........................................................................................................... 83 
3.3  Validation de la méthode d´analyse .......................................................................................... 85 
3.3.1  Comparaison directe ....................................................................................................... 86 
3.3.2  Comparaison à d´autres produits ..................................................................................... 93 

Chapitre 4. Climatologie 2002-2006 et analyse 103 
4.1  Couverture temporelle et géographique .................................................................................. 104 
4.2  Profils d´extinction ................................................................................................................. 109 
4.2.1  Couche de Junge ........................................................................................................... 109 
4.2.2  Nuages stratosphériques polaires 111 
8

tel-00608052, version 1 - 12 Jul 2011Table des matières 


4.2.3  Moyennes journalières .................................................................................................. 112 
4.3  Répartition spatiale des aérosols ............................................................................................ 115 
4.4  Nature des aérosols ................................................................................................................. 136 
4.4.1  Particules météoritiques ................................................................................................ 140 
4.4.2  Aérosols carbonés ......................................................................................................... 141 
4.4.3  Comparaison à des mesures in situ ............................................................................... 141 
4.5  Interprétation dynamique........................................................................................................ 143 
4.5.1  Hivers polaires .............................................................................................................. 147 
4.6  Événements particuliers ......................................................................................................... 148 
4.6.1  Août-septembre 2003 .................................................................................................... 148 
4.6.2  Hiver arctique 2003-2004 ............................................................................................. 151 
4.6.3  Hiver arctique 2005-2006 152 

Conclusions générales et perspectives 153 

Annexe 157 

Liste des Tableaux 169 

Liste des Figures 171 

Bibliographie 177 

9

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