Cette thèse présente une approche pour la mesure des aérosols en milieu urbain au moyen d'une caméra spectrale positionnée au sol. L'approche méthodologique s'appuie sur l'utilisation d'un modèle de transfert radiatif 3D adapté à l'environnement urbain (DART). L'utilisation d'une maquette 3D permet de prendre en compte la géométrie complexe d'un tel environnement. Une approche de classification basée sur un réseau de neurones a été développée pour détecter les zones incohérentes entre l'image réelle obtenue par la caméra et l'image issue de la maquette 3D.
Celle-ci, une fois corrigée, constitue l'entrée du modèle de transfert radiatif. Les propriétés optiques des surfaces et les spécificités d'une ville sont ainsi prises en compte et permettent une restitution précise des épaisseurs optiques des aérosols à l'aide de tables de correspondance simulées avec un transfert radiatif. Cette approche constitue un complément aux méthodes de mesures actuelles, offrant des améliorations en termes de résolution spatiale et temporelle pour la mesure des aérosols en milieu urbain.
Cette méthodologie permet une gestion plus fine de la qualité de l'air en milieu urbain, contribuant à combler les lacunes actuelles inhérentes aux dispositifs de mesure traditionnels et offrant un outil performant pour la surveillance et la compréhension des impacts des aérosols sur la santé publique et l'environnement urbain. |
This work presents an approach to measure aerosols in an urban environment (Toulouse suburbs) using a ground-based spectral camera. The methodological approach is based on the use of a 3D radiative transfer model adapted to the urban environment (DART). It is coupled to a 3D scale model that allows the representation of the complex geometry of such an environment. A classification approach based on a neural network has been developed to detect inconsistencies between the image obtained by the camera and the image obtained from the model.
Once corrected, the latter forms the input to the radiative transfer model. The optical properties of the surfaces and the specific characteristics of a city are thus taken into account, allowing the retrievals of the aerosol optical depth (AOD). They are obtained using look-up tables constructed with the radiative transfer model. This approach is complementary to current measurement methods, offering improvements in terms of spatial and temporal resolution for the measurement of aerosols in urban environments. We have studied a clear case with an AOD of about 0.1 and a more polluted case with an AOD of about 0.4. These data are evaluated using AERONET data and MODIS observations.
This methodology will allow a better management of air quality in urban environments, helping to fill the current gaps met in traditional measurement systems and providing a powerful tool for monitoring and understanding the impact of aerosols on public health and the urban environment. |