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de Bourgogne

Modélisation de l’effet de serre : une partie de la signature spectrale de SF6 observée pour la première fois

Une collaboration entre les laboratoires ICB (Dijon), LISA (Créteil) et la ligne AILES du Synchrotron SOLEIL a permis d'observer et de modéliser pour la première fois une partie de la signature infrarouge de l'hexafluorure de soufre, qui s'avère essentielle pour la réalisation de mesures fiables de la concentration de ce gaz à effet de serre puissant dans l'atmosphère.

Actu-Modelisation-effet-serre-2013SF6 (hexafluorure de soufre) est un gaz à effet de serre 23900 fois plus puissant que le CO2, dont la concentration dans l'atmosphère, heureusement faible, augmente rapidement (7 % /an). Il fait partie des espèces dont le protocole de Kyoto recommande de réduire fortement les émissions. SF6, en tant qu'isolant gazeux dans les installations à haute tension, est donc principalement utilisé et rejeté par l'industrie électrique. La mesure et le suivi de la concentration de tels gaz sont principalement effectués par des mesures de spectroscopie infrarouge à partir de satellites ou de ballons stratosphériques. La réalisation de ces mesures requiert un modèle précis de l'absorption de la lumière infrarouge par les molécules en question, ce qui nécessite donc des études en laboratoire, au niveau expérimental et théorique.

Or, la signature infrarouge de SF6 reste mal connue : environ 70 % de la région spectrale de forte absorption de cette molécule sont encore très mal modélisés. Une bonne partie du problème vient de la méconnaissance d'un des mouvements de vibration des atomes dans cette molécule, qui est très difficilement accessible. Dans les années 1980, des chercheurs avaient prédit que celui-ci pourrait être observé en étudiant une autre région du spectre de SF6, située dans l'infrarouge lointain, où une absorption extrêmement faible, due à ce mouvement moléculaire, est observable, mais avec une intensité de l'ordre du millionième de celle de la région infrarouge intense. De plus, les meilleures conditions expérimentales pour révéler cette région spectrale se situent à basse température (à environ –120 °C).

Un nouvel équipement développé sur la ligne de lumière AILES du Synchrotron SOLEIL, en collaboration avec le laboratoire LISA à Créteil, a permis de relever ce tripe défi : observer , à basse température, dans l'infrarouge lointain (région spectral difficile d'accès) une absorption moléculaire extrêmement faible. Ceci a pu être réalisé grâce, d'une part, au rayonnement synchrotron qui est extrêmement intense dans la région infrarouge lointain et, d'autre part, grâce à une nouvelle cellule refroidie permettant de très longs parcours optiques (jusqu'à 150 m).

Le projet a été initié par l'équipe SMPCA (Spectroscopie Moléculaire, Processus Collisionnels et Applications) du laboratoire ICB, qui étudie la molécule SF6 depuis de nombreuses années et qui a obtenu, avec ses collègues de AILES et du LISA, du temps de faisceau à SOLEIL en décembre 2012 pour ces mesures, qui ont été un grand succès. L'équipe a développé des modèles théoriques et des programmes informatiques permettant la modélisation précise du spectre de cette molécule. Grâce à ceux-ci, il a d'ores et déjà été possible d'analyser les données recueillies. Ces résultats vont permettre d'améliorer significativement les mesures atmosphériques concernant SF6.

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