Spectral shapes of carbon dioxide absorption lines for the application to the study of the Earth's atmosphere by remote sensing

Ce travail est consacré aux études théoriques et expérimentales du profil spectral des raies d'absorption du dioxyde de carbone, une espèce clé dans l'atmosphère de la Terre. Le but de ce travail est de tester les différents modèles du profil spectral des raies d'absorption de CO2. Dans un premier temps, des mesures des paramètres spectroscopiques du CO2 pur dans l'infrarouge proche en utilisant un système de diode laser à cavité externe ont été effectuées. Différents modèles de profil spectral ont été utilisés pour ajuster les spectres mesurés. Les résultats montrent que le profil de Voigt mène à de larges différences avec les spectres mesurés et qu’il est nécessaire de prendre en compte à la fois des changements de vitesse et des dépendances en vitesse des paramètres collisionnels pour décrire correctement le profil spectral. Le modèle HTP a alors été utilisé pour modéliser le profil spectral de CO2. Ce modèle a donc pu être testé et validé par cette étude. Des simulations de dynamique moléculaire pour CO2 pur et CO2 perturbé par N2 ont ensuite été effectuées afin d’étudier plus précisément les effets non-Voigt observés. Le but a été ici de déterminer l’influence de plusieurs paramètres sur ces effets. Nous avons alors pu comparer les simulations à des mesures. Pour le CO2 pur, nous avons pu montrer que le choix du potentiel intermoléculaire pour modéliser les interactions existantes n’avait pas d’influence sur l’évolution de ces effets avec la pression. Aucune dépendance rovibrationelle n’a pu être mise en évidence. Les résultats pour CO2 dans N2 ont montré une dépendance de l’évolution de ces effets en fonction du rapport de mélange utilisé.This work is devoted to the theoretical and experimental studies of the spectral shape of isolated absorption lines of carbon dioxide, a key species of the Earth's atmosphere. The objective of this PhD thesis is to test the different line-shape models that take into account various velocity effects affecting the spectral shape of CO2 absorption lines. The experimental part consists of measurements of spectroscopic parameters of pure CO2 using a tunable External Cavity Diode Laser setup. In the theoretical part, different spectral profiles were used to fit the measured spectra. The results show that the Voigt profile leads to important residuals and it is thus necessary to take into account both Dicke narrowing and the speed dependence of collisional parameters to adequately describe the experimental spectral profile. The HTP profile, developed recently, was also used to model the spectral profile of CO2 lines. This model has been validated by this study. Molecular dynamics simulations for pure CO2 and CO2 perturbed by N2 were also conducted to study more precisely the “non-Voigt” effects observed. The goal here was to determine the influence of several parameters on these effects. We compared the theoretical simulations with our measurements. For pure CO2, we could show that the intermolecular potential chosen to model the existing interactions had no influence on the evolution of these effects as a function of pressure. Furthermore, no rovibrational dependence could be found. The results for CO2 mixed in N2 showed a dependence of the evolution of these effects depending on the CO2/N2 mixing ratio