Des recherches sur l'ozone.

Voici le texte écrit par Romain Cornic :

1. Mon parcours d’études

Je m’appelle Romain Cornic et j’ai 23 ans actuellement. Après avoir obtenu mon Baccalauréat Scientifique (option : Physique/Chimie) en Juin 2001 au lycée Auguste Pavie à Guingamp dans les Côtes d’Armor (22) en Bretagne, j’ai continué mes études dans un cycle de Brevet de Technicien Supérieur (BTS) dans le domaine de l’optique, à Lannion, ville à 30km au nord de Guingamp environ. Ce domaine m’intéressait car il fait intervenir de nouvelles technologies (lasers, fibres optiques, etc….) dont la recherche est amenée à se développer encore plus au cours des années à venir.

Après avoir obtenu ce diplôme (BTS) en Juin 2003, j’ai continué mes études, toujours dans ce domaine et toujours à Lannion, en école d’ingénieur à l’ENSSAT (Ecole Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologies). Le domaine s’appelait alors plus précisément « Optronique » (Contraction de « Optique » et « Electronique »). Durant ce cycle de 3 ans, j’ai pu me rendre compte de l’immense étendue des applications de l’optronique : Télécommunications, Médical, Défense, Gravure, Marquage, Découpage, Lidar, etc….

Au cours de ma dernière année d’études, j’ai vu à mon école l’annonce de l’IPEV (Institut Paul Emile Victor) dans laquelle on demandait un ingénieur Optronique en Antarctique pour y effectuer des mesures d’ozone grâce à la technique « Lidar » que je présenterai brièvement un peu plus loin.

2. Définition de l’ozone

L’ozone est une molécule constituée de 3 atomes d’oxygène reliés entre eux (O₃). Il est fabriqué naturellement dans l’atmosphère à environ 30 km d’altitude par action des rayons UltraViolets (UV) du soleil sur le dioxygène O₂. L’ozone fait partie des gaz les plus rares parmi tous ceux qui constituent notre atmosphère. Il n’est toutefois pas bon d’en respirer pour nous, êtres humains.

3. Rôle de l’ozone

Le soleil émet un grand nombre de longueurs d’onde, c'est-à-dire de « couleurs ». L’ozone sert à filtrer ses rayons UV-B, c’est-à-dire qu’il empêche les rayons du soleil de haute énergie d’arriver sur le sol de la Terre. Son rôle est primordial car il permet à la vie d’exister sur les continents.

4. Destruction de l’ozone

L’ozone peut se détruire soit naturellement, soit à cause des activités humaines par exemple lors de rejets dans l’atmosphère de gaz tels que le méthane ou le dioxyde de carbone. Sinon, en utilisant des bombes aérosols, des réfrigérants ou des agents nettoyants, les hommes rejettent aussi dans l’atmosphère ce qu’on appelle des Chloro-Fluoro-Carbures (CFC). Ces CFC, en montant dans l’atmosphère, libère du chlore qui entre alors dans le cycle de destruction de l’ozone.

A cause de l’augmentation de ces rejets, on constate depuis les années 1980 une diminution de l’ozone dans l’atmosphère. Cette diminution a bien sûr de mauvaises conséquences pour nous et notre planète : elle entraîne notamment une diminution du phytoplancton, c’est-à-dire du début de la chaîne alimentaire. La photosynthèse par ce phytoplancton diminue également, réduisant ainsi la production de dioxygène qui nous est nécessaire pour vivre. Directement sur l’être humain, la diminution de l’ozone entraîne une augmentation des maladies de la peau comme les cancers.

5. Méthode pour mesurer l’ozone : le Lidar

Parmi les différentes façons de mesurer la quantité d’ozone dans l’atmosphère, j’utilise ici la technique « Lidar ». Ce mot signifie réellement en anglais : LIght Detection And Ranging (LIDAR). Il s’agit donc du même principe que le RADAR (RAdio Detection And Ranging, sauf qu’on utilise pour le Lidar des ondes allant du domaine des Ultraviolets jusqu’aux Infrarouges en passant par la lumière visible à l’œil nu.

L’instrument utilisé pour créer ces ondes du Lidar est donc un Laser. Pour certaines raisons, par rapport à d’autres instruments qui créent aussi de la lumière, le Laser est un instrument remarquable pour des applications Lidar.

Son principe consiste ici à envoyer à la verticale, un puissant faisceau lumineux dans l’atmosphère. Celui-ci va réagir avec les différentes particules et molécules qu’il va rencontrer sur son chemin et qui vont alors renvoyer dans notre direction une toute petite partie de la lumière qu’on a envoyée. Ce phénomène de renvoi de lumière se passe à toutes les altitudes, tant que le faisceau arrive à se propager. En effet, le faisceau Laser ne se propage pas à l’infini. A force de voir sa lumière revenir vers son point de départ (et à cause d’autres phénomènes également), il n’y a plus de puissance lumineuse à partir d’une certaine altitude.

Cette puissance lumineuse qui revient dans notre direction est ce qui nous intéresse et c’est ce que nous mesurons. Nous récoltons cette lumière grâce à un télescope, nous amplifions la puissance lumineuse (car la partie reçue est très faible) et nous la convertissons en puissance électrique pour la mesurer.

Contrairement à ce que nous pouvons voir avec nos yeux, le Laser utilisé pour ces applications Lidar ne tire pas un faisceau lumineux en continu, mais émet en fait de petites impulsions rapides (dans notre cas, il s’agit par exemple de 10 impulsions par seconde). En connaissant le moment précis où les impulsions ont été émises par le Laser, on peut ensuite mesurer le temps qu’elles ont mises pour se propager dans l’atmosphère et pour revenir jusqu’à leur point de départ, après avoir été réfléchies par les molécules et particules. En reliant ce temps à la distance parcourue (grâce à la vitesse de la lumière), on peut alors déduire le taux de particules ou molécules à une altitude précise. Les caractéristiques du Laser que j’utilise me permettent d’effectuer des mesures allant jusqu’à une petite trentaine de kilomètres d’altitude au maximum.

Pour mes applications Lidar, je dois mesurer deux types d’éléments : l’ozone et les particules. Les particules peuvent se résumer comme étant de « grosses » particules en suspension dans l’air, tandis que l’ozone est un ensemble de molécules beaucoup plus petites que les particules. Suivant ce qu’on veut mesurer, on ne doit pas utiliser la même « couleur » (ou longueur d’onde) émise par le laser. Pour les particules, on utilise un faisceau vert et pour l’ozone un faisceau Ultraviolet (donc invisible à l’œil nu).