Photoniques 135 | Page 31

agrophotonique DOSSIER atmosphériques, pour le suivi de la fluorescence chlorophyllienne [ 3 ], et pour la mesure de réflectance foliaire active.

LiDAR À ABSORPTION DIFFÉRENTIELLE En climatologie, l’ amplitude du signal rétrodiffusé par les atomes présents dans l ' atmosphère permet de suivre des concentrations de gaz à effet de serre et d’ améliorer les prévisions d’ évolution du climat. Pour cela, une déclinaison de la méthode LiDAR conventionnelle est généralement employée: le LiDAR à absorption différentielle DIAL( Differential Absorption LiDAR). Ce dernier consiste à générer simultanément deux impulsions à des longueurs d’ onde très proches l ' une de l’ autre: l’ une correspondant à une raie d’ absorption du gaz d’ intérêt( signal ON), l’ autre étant très faiblement absorbée( signal OFF). La distribution spatiale de la concentration d ' un gaz est ensuite retrouvée analytiquement en considérant le rapport d’ amplitude des signaux rétrodiffusés. La sensibilité de mesure de concentration est principalement influencée par la capacité d’ absorption des signaux ON et OFF par le gaz, ainsi que le décalage entre les deux longueurs d’ onde et la pureté spectrale de la source. Pour des mesures intégrées dans un volume donné, on emploiera le terme IPDA( Integrated Path Differential Absorbtion) et une cible à l’ extrémité du chemin optique est

Fluorescence Réémission spectrale Détection de stress, pigments DIAL Absorption différentielle Volatilisation des gaz traces( CO₂, NH₃, CH 4) Raman Diffusion inélastique Analyse chimique atmosphérique

alors nécessaire.

Dans les productions animales, les émissions directes de gaz à effet de serre( e. g. méthane) et de polluants atmosphériques( e. g. ammoniac) exercent une influence notable sur l’ environnement, le bien-être animal et la santé des éleveurs. De plus, les pertes sous forme gazeuse en agriculture végétale( e. g. volatilisation de fertilisation azotée) ont un impact non négligeable sur l’ économie des exploitations. Le besoin de cartographier les zones à fortes concentrations gazeuses dans les bâtiments d’ élevage et au champ est alors crucial pour envisager des pratiques agricoles à la fois durables et performantes.

Les signatures spectrales de ces gaz d’ intérêts sont prédominantes dans le moyen infrarouge. Elles sont parfois complexes à sonder via la technologie LiDAR car les détecteurs actuels n’ offrent pas les performances nécessaires en termes de rapidité et de cadence d’ acquisition. C’ est le cas, par exemple, du protoxyde d’ azote dont l’ une de ces bandes d’ absorption forte se situe à environ 2200 cm – 1( soit environ 4,5 µ m). D’ autres gammes spectrales, correspondant à des bandes d’ harmoniques et d’ autres transitions vibratoires, ou à des bandes de diffusion Rayleigh, sont généralement considérées pour l ' écholocation de gaz( e. g. autour de 6100 cm – 1 pour le méthane), influençant cependant la sensibilité de mesure. Photonics Bretagne( en partenariat avec Arvalis) s’ est donc récemment intéressé à la technologie DIAL dans le développement de capteurs sensibles, précis et robustes afin de quantifier les émanations gazeuses au terrain. Des premiers résultats concluants ont été obtenus, montrant des sensibilités de 0,4 ppm pour le protoxyde d’ azote( IPDA) et sous les seuils de sécurité pour le méthane.

LiDAR DE FLUORESCENCE Le suivi de stress biotiques et abiotiques et l’ adaptation aux

Figure 1. Variation du rendement de fluorescence chlorophyllienne de plants de maïs. L’ intensité normalisée de la luminosité ambiante est superposée en pointillé.

Photoniques 135 I www. photoniques. com 29