Des chercheurs ont montré qu'un nouveau spectromètre infrarouge moyen peut mesurer avec précision les rapports de différentes formes d'eau, appelées isotopologues, dans la vapeur d'eau atmosphérique à l'air libre en un peu plus de 15 minutes. Les rapports isotopologues, qui peuvent être affectés par l'évaporation de l'eau terrestre et la transpiration des plantes, sont utilisés pour développer des modèles de changement climatique et pour comprendre comment l'eau est transportée globalement dans l'atmosphère.

"La détection à chemin ouvert utilisant des peignes à double fréquence peut rendre la détection isotopologique de la vapeur d'eau atmosphérique plus simple et plus facile à appliquer dans des environnements éloignés. Un réseau plus large de mesures isotopologiques contribuera à améliorer la modélisation numérique du temps. Les longs trajets de faisceau réalisables en utilisant la technique du double peigne permettra des études spatialement résolues du transport de la vapeur d'eau sur les écosystèmes naturels ainsi que ceux créés par l'homme (par exemple, les fermes) ", a expliqué le chercheur Daniel Herman, du National Institute of Standards and Technology (NIST). "Les futures mesures de colonnes verticales à l'aide de peignes pourraient également améliorer les procédures d'étalonnage pour les mesures isotopologiques à l'aide de satellites. En outre, la détection de la vapeur d'eau avec des peignes doubles peut également compléter d'autres applications émergentes de la qualité de l'air de la spectroscopie infrarouge moyen à large bande."

Daniel Herman du NIST présentera les nouvelles découvertes à Optica Imaging and Applied Optics Congress, 11-15 juillet 2022. La conférence d'Herman est prévue le 11 juillet 2022, à 11h45 PDT.

Aujourd'hui, les scientifiques s'appuient sur des réseaux de capteurs ponctuels pour analyser les isotopologues dans la vapeur d'eau atmosphérique. Bien que ces réseaux se développent, ils nécessitent un étalonnage minutieux pour maintenir la précision dans le temps et entre les sites. La détection de la vapeur d'eau dans un chemin à l'air libre peut éliminer le besoin d'étalonnage et faciliter la capture de l'évaporation à grande échelle au-dessus des réservoirs ou sur des bassins versants entiers.

Cependant, la détection précise de plusieurs isotopologues de la vapeur d'eau dans l'air nécessite un spectromètre infrarouge moyen avec une résolution spectrale élevée, une grande précision et des taux de mesure rapides. Pour ce faire, Herman et ses collègues ont développé un nouveau spectromètre à double peigne (DCS) infrarouge moyen à chemin ouvert qui utilise des impulsions laser femtoseconde dans le proche infrarouge et des guides d'ondes spécialement conçus pour créer des impulsions infrarouge moyen à large bande dans un boîtier compact.

Les chercheurs ont testé le nouvel instrument en l'utilisant pour prendre des mesures sur un trajet de 760 mètres à l'observatoire atmosphérique de Platteville dans le Colorado. Ils ont constaté que l'instrument pouvait fonctionner sur le terrain pendant des semaines sans nécessiter d'intervention. Cela leur a permis d'acquérir plusieurs mois de données dans diverses conditions météorologiques et températures.

Les mesures obtenues à l'aide du DCS étaient bien corrélées avec celles acquises à l'aide d'un réseau de capteurs ponctuels, montrant le potentiel du DCS à chemin ouvert dans la caractérisation de la vapeur d'eau atmosphérique.

Herman adds that "in order to expand isotopologue measurement networks, we are working to improve the accuracy of our technique by analyzing systematics in the detection setup. The sensitivity of the technique can be improved by using higher power combs to enable longer paths. Also, balanced detection technology will be implemented in the future to decrease technical noise." + Explorer plus loin

Un seul laser produit des impulsions femtosecondes à double peigne haute puissance