Analyse du protoxyde d'azote (N2O) à partir de l'instrument spatial IASI

This thesis focuses on the spatial remote sensing of nitrous oxide (N2O) measured in the thermal infrared spectral range of the Infrared Atmospheric Sounder Interferometer (IASI) instrument, mainly, but also of the MonItoring N2O Sources (MIN2OS) potential future instrument. During this thesis, a N2O specific inversion tool, called Toulouse N2O Retrieval (TN2OR) using the Levenberg-Marquardt optimal estimation method and coupled to the RTTOV Radiative Transfer for TIROS Optical Vertical sounder (RTTOV) model has been developed. The first objective of this thesis is to parameterise TN2OR in order to validate IASI N2O retrievals, while having a good sensitivity between 100 and 500 hPa, with a maximum at 300 hPa. The N2O restitution is coupled with those of several other parameters. It is therefore necessary to determine, for these multi-retrieval procedures, the errors fixed on the various parameters that we wish to restore. The results of each of the procedures carried out are compared with in-situ N2O measurements such as the HIPPO 1-5 (2009- 2011) and NOAA 2011 airborne campaigns, as well as N2O remote sensing measurements of Fourier Transform InfraRed (FTIR) spectrometers from the Network for the Detection of Atmospheric Composition Change (NDACC) stations. Once the parameterisation and validation have been carried out, giving very consistent results at 300 and 500 hPa between the IASI N2O retrievals and the ancillary measurements, the second objective is to carry out N2O retrievals at global scale over the whole year 2011. The results at 300 hPa show permanent maxima over the high N2O emitting areas (equatorial Africa, Amazonia, South Asia) and over the oceans, at the level of the equator, where N2O is brought by atmospheric convection movements from the source regions. Finally, the last objective is to perform N2O sensitivity studies with MIN2OS in the three N2O absorption bands already present with IASI, namely 1240-1350 cm-1 (B1N2O), 2150-2260 cm-1 (B2N2O) and 2400-2600 cm-1 (B3N2O). The results show favourable conditions of measurement and a very good sensitivity at all levels, especially near the surface, around 900 hPa. It is possible to obtain such results with a very good instrumental and spectrometric configuration, as well as by using the signal from the 1250-1330 cm and 2150- 2240 cm spectral bands. Taking into account all the measurement conditions, the results point towards the choice of the spectral band 1250-1330 cm-1.Cette thèse porte sur la télédétection spatiale du protoxyde d'azote mesuré dans la gamme spectrale infrarouge thermique de l'instrument IASI (Infrared Atmospheric Sounder Interferometer), principalement, mais aussi du potentiel futur instrument MIN2OS (MonItoring N2O Sources). Durant cette thèse, un outil d'inversion spécifique au N2O, appelé TN2OR (Toulouse N2O Retrieval) utilisant la méthode d'estimation optimale de Levenberg-Marquardt et couplé au modèle de transfert radiatif RTTOV (Radiative Transfer for TIROS Optical Vertical sounder) a été développé. Le premier objectif de cette thèse est de paramétrer TN2OR afin de valider les restitutions de N2O de IASI, tout en ayant une bonne sensibilité entre 100 et 500 hPa, avec un maximum à 300 hPa. La restitution du N2O est couplée avec celles de plusieurs autres paramètres. Il s'agit donc de déterminer, pour ces multi-inversion, les erreurs fixées sur les différents paramètres que l'on souhaite restituer. Les restitutions de chacune des procédures effectuées sont comparées à des mesures in-situ de N2O telles que les mesures des campagnes aéroportées HIPPO 1-5 (2009-2011) et NOAA 2011, ainsi que les mesures par télédétection de N2O des spectromètres FTIR (Fourier Transform InfraRed) des stations du réseau NDACC (Network for the Detection of Atmospheric Composition Change). Une fois la paramétrisation et la validation effectuées, donnant des résultats très cohérents à 300 et 500 hPa entre les restitutions de N2O de IASI et les mesures annexes, le second objectif est de procéder à des restitutions de N2O à l'échelle globale sur l'ensemble de l'année 2011. Les résultats à 300 hPa montrent des maxima permanents au-dessus des zones fortement émettrices en N2O (Afrique équatoriale, Amazonie, Asie du sud) et au dessus des océans, au niveau de l'équateur, où le N2O est apporté par les mouvements de convection atmosphérique depuis les régions sources. Enfin, le dernier objectif est d'effectuer des études de sensibilités au N2O avec MIN2OS dans les trois bandes d'absorptions du N2O déjà présentes avec IASI, à savoir 1240-1350 cm-1 (B1N2O), 2150-2260 cm-1 (B2N2O) et 2400-2600 cm-1 (B3N2O). Les résultats montrent les conditions favorables de mesure une très bonne sensibilité à tous les niveaux, en particulier proche de la surface, autour de 900 hPa. Il est possible d'obtenir de tels résultats avec une très bonne configuration instrumentale et spectrométrique, ainsi qu'en utilisant le signal provenant des bande spectrales 1250-1330 cm-1 et 2150-2240 cm-1. En prenant en compte l'ensemble des conditions de mesures, les résultats nous orientent davantage vers le choix de la bande spectrale 1250-1330 cm-1