Conception, Réalisation et Mise en œuvre d un scintillomètre : Influence de la  vapeur d eau dans la bande 940nm
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Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse Discipline ou spécialité : MicroOndes, ElectroMagnetisme et Optoélectronique JURY Hervé AUBERT Président du jury Alain WEILL Rapporteur Jean-Pierre LAGOUARDE Rapporteur Jean-Martial COHARD Examinateur Jean-Philppe GASTELLU-ETCHEGORRY Directeur de thèse Aurore BRUT Co-directrice de thèse Jean-Louis SELVES et Jean-Pierre BETEILLE Invités Co-encadrants Ecole doctorale : GEET Unité de recherche : CESBIO-UMR 5126 Directeur(s) de Thèse : Jean-Philippe GASTELLU-ETCHEGORRY, Aurore BRUT Rapporteurs : Jean-Pierre LAGOUARDE, Alain WEILL Présentée et soutenue par Pierre-adrien SOLIGNAC Le 09 Décembre 2009 Titre : Conception, Réalisation et Mise en œuvre d'un scintillomètre : Influence de la vapeur d'eau dans la bande 940nm

  • contribution de l'absorption

  • vapeur d'eau dans la bande

  • scintillomètre optique

  • reconnaissance envers l'équipe

  • partie optique électronique

  • contribution de l'absorption par la vapeur d'eau sur les scintillations

  • jean

  • coefficients d'échange turbulent de température


Sujets

Informations

Publié par
Publié le 01 décembre 2009
Nombre de lectures 58
Langue Français
Poids de l'ouvrage 3 Mo

Extrait













THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : MicroOndes, ElectroMagnetisme et Optoélectronique


Présentée et soutenue par Pierre-adrien SOLIGNAC
Le 09 Décembre 2009

Titre : Conception, Réalisation et Mise en œuvre d’un scintillomètre : Influence de la
vapeur d’eau dans la bande 940nm

JURY
Hervé AUBERT Président du jury
Alain WEILL Rapporteur
Jean-Pierre LAGOUARDE Rapporteur
Jean-Martial COHARD Examinateur
Jean-Philppe GASTELLU-ETCHEGORRY Directeur de thèse
Aurore BRUT Co-directrice de thèse
Jean-Louis SELVES et Jean-Pierre BETEILLE Invités Co-encadrants


Ecole doctorale : GEET
Unité de recherche : CESBIO-UMR 5126
Directeur(s) de Thèse : Jean-Philippe GASTELLU-ETCHEGORRY, Aurore BRUT
Rapporteurs : Jean-Pierre LAGOUARDE, Alain WEILL

Remerciements

Je tiens tout d’abord à exprimer ma gratitude et ma reconnaissance envers l’équipe du
GRITE qui m’a accueillie et entourée pendant ces 4 années de thèse : Aurore Brut, Jean-
Pierre Béteille, Jean-Louis Selves et Jean-Philippe Gastellu-Etchegorry. Ca n’a pas toujours
été facile, mais vous avez toujours été présents que ce soit pour écouter mes élucubrations,
pour installer des scintillomètres par tout temps (pluie, vent neige ... et même quand il fait
beau et chaud), pour m’accompagner aux séminaires ou tout simplement pour converser
autour d’un café (ou d’un thé). Vous avez été disponibles tout le temps, et m’avez laissé libre
d’orienter ma recherche tout en gardant un oeil sur moi. Vous m’avez apporté vos
connaissances (bien différentes pour chacun d’entre vous), ainsi que les conseils et la rigueur
scientifique nécessaire à l’achèvement de ce travail. Pour tout cela et plus encore, je tiens à
vous remercier profondément.
Un grand merci est adressé à toute l’équipe du CESBIO, et principalement à Eric
Ceschia, pour son soutien perpétuel et son intérêt pour mon travail, ainsi qu’à Jean-Claude
Menaut qui m’a fait confiance pour réaliser cette thèse. De même je tiens à remercier Pierre
Béziat, pour son aide et sa générosité dans le partage des informations en ce qui touche à
l’Eddy Covariance, ce qui m’a permis de valider mes résultats lors des différentes étapes de
ma thèse. Je n’oublie pas, bien sûr Pascal Keravec avec qui les missions d’installation de
scintillomètre devenaient plaisantes, à 50m de haut dans un château d’eau, où sur un mat en
plein hiver, avec une paire de gants pour 2..., des moments inoubliables.
Je tiens à remercier de tout mon cœur tout le personnel de l’IUT Mesures Physiques,
qui m’a accueilli dans leurs locaux les bras ouverts : JPD, JPN, Francine, Henri, JPM, Isa,
JFO, Jérôme, Christian, Polo, Nadia, OR (Kiki), BC, Valérie, Michelle, FF...et bien d’autres
encore. Au bout d’une semaine, j’avais l’impression d’avoir toujours vécu dans le
département et cela n’a pas changé depuis... des gens merveilleux qui m’ont toujours soutenu,
et m’ont apporté des moments de détentes et de fous rires qui m’ont été indispensables.
J’exprime aussi une reconnaissance sincère à tous les membres l’équipe 4M de Météo
France qui ont accepté que je profite de leurs infrastructures pour réaliser mes expériences, et
principalement à Grégoire Pigeon, et à Dominique Legain, qui était responsable de ma
présence sur le site. J’ai ainsi découvert les joies de porter un casque et un baudrier, par 35°C,
et de voir Aurore faire de même... A retenir : toujours prendre un appareil photo sur soi pour
immortaliser ces instants magiques. J’éprouve aussi une profonde gratitude envers toutes les personnes extérieures à
Toulouse qui m’ont fait avancé durant ma thèse. Je pense d’abord à Mark Irvine qui a mis a
ma disposition un scintillomètre pendant plus d’un an, mais aussi à l’équipe de recherche de
Wageningen, et principalement Wim Kohsiek, pionnier dans la conception de scintillomètre,
et Arnold Moene, spécialiste inconditionnel de la théorie de la scintillométrie, qui n’ont pas
hésité à passer des journées à répondre à mes interrogations, et à me conseiller. Je tiens aussi à
exprimer ma gratitude à l’équipe EPHYSE, et principalement Jean-Pierre Lagouarde et Mark
Irvine, de l’INRA de Bordeaux qui n’ont pas hésité à mettre à ma disposition un
scintillomètre afin que je puisse mener à bien mes expériences. Un grand merci est adressé
aux membres du jury : Hervé Aubert, Jean-Pierre Lagouarde, Alain Weill, Jean-Martial
Cohard, qui ont accepté de prendre le temps de lire mon manuscrit avec attention, et minutie,
et de faire le déplacement jusqu’à Toulouse pour assister à ma soutenance.
Enfin, je souhaite remercier tous mes amis qui m’ont accompagnés durant ces 4
années (et plus pour la plupart), les néo-toulousains : Batak (le souffreteux), Gad (cousin),
Rocco (LMK), Ketchouille (la fripouille), Giakomo, Charlinho, Alex, Chloé, Chloé
(Comtesse), Laure, Stef, Trapos (Kelly), Marianne, Francis (Framboisier), Jérôme (Jamy),
Oliv’ (Tonton), Cyril (Tata), Alice Elo,... les extérieurs : le Mex, Neigeouile, Gilou
(Hiroshama), Mélo, Tibo…et tous les autres. Je n’oublie pas bien sur, Gonz (le beau gosse) et
Co, sans qui je n’aurais pas rencontrer celle qui partage actuellement ma vie, et qui m’a
soutenu dans les moments les plus difficiles...à Aude.
Pour finir, je remercie ceux sans qui tout ça n’aurait pu arriver, ceux qui me
soutiennent et me supportent depuis le début, malgré mes sautes d’humeur, et ma facilité à
oublier de répondre au téléphone...à mes parents. Résumé
L’atmosphère et la surface terrestre interagissent en permanence par le biais des échanges
d’énergie et de matière. Ces flux jouent un rôle important dans l’étude de l’hydrologie des surfaces ou
de l’écologie terrestre, ou bien encore l’étude des phénomènes météorologiques et climatiques. En
effet, ils représentent les conditions aux limites des différents compartiments du système Terre et la
quantification de ces échanges à différentes échelles spatiales est indispensable pour les modèles de
prévision. Les mesures de flux d’énergie sont très répandues pour des mesures très localisées, in situ et
au sol. Cependant, peu d’instruments de mesures permettent d’obtenir des flux intégrés sur des
distances de l’ordre de la centaine de mètres à quelques kilomètres, c'est-à-dire des distances
correspondant à la représentativité des pixels des images satellitaires. On compte parmi eux les
scintillomètres, instrument de mesure optique, permettant de calculer les flux intégrés de chaleur
sensible à partir des mesures de paramètres caractérisant l’intensité turbulente de l’atmosphère tels que
le paramètre de structure de l’indice de réfraction de l’air C . La présence de vapeur d’eau dans n²
l’atmosphère peut cependant perturber le signal de ces instruments. L’objectif de ce travail est le
développement et la mise en oeuvre d’un scintillomètre optique permettant de mettre en évidence la
contribution de l’absorption par la vapeur d’eau sur les scintillations. Les études menées à partir du
développement instrumental ne s’orienteront qu’autour de la bande d’absorption à 940nm, longueur
d’onde d’émission de certains scintillomètres LAS (Large Aperture Scintillometer).
Au début de ma thèse, un prototype de scintillomètre, type LAS, a été conçu de façon à
maitriser complètement la technologie : partie optique électronique et le traitement du signal reçu.
Celui-ci a ensuite été installé au-dessus d’un site de cultures dans les environs de Toulouse, au cours
des années 2007 et 2008. Les résultats obtenus avec ce prototype ont permis d’optimiser le choix de la
méthode de calcul H à partir du C , en fonction du rapport de Bowen (rapport du flux de chaleur n

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