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Nightglow - La lumière de la nuit

Les nuits sans lune et sans nuage, loin des villes, le ciel apparaît constellé d'étoiles. Mais ces étoiles ne nous éclairent guère... Aussi les scientifiques de l'Onera cherchent-ils à mieux connaître le "nightglow", littéralement "lueur de la nuit", un faible éclairage naturel dans l'infrarouge proche de la lumière visible qui nous vient du ciel.

copyright © Onera 2010 - Tous droits réservés Deux nuages apparaissent en contraste sur le fond du ciel illuminé par l'émission proche infrarouge induite par les molécules OH de la haute atmosphère. C'est le phénomène de nightglow.
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Deux nuages apparaissent en contraste sur le fond du ciel illuminé par l'émission proche infrarouge induite par les molécules OH de la haute atmosphère. C'est le phénomène de nightglow.

Ce nightglow est dû au rayonnement de la molécule OH dans la haute atmosphère (vers 84 km d'altitude). Son spectre d'émission s'étale de 0,5 µm à 2,5 µm (pour mémoire, le spectre de la lumière visible va de 0,4 µm à 0,7 µm) et est maximal autour de 1.6 µm.

Ce rayonnement intéresse les spécialistes de la haute atmosphère, dans la mesure où, une fois bien identifié, il signe une couche d'atmosphère susceptible de se modifier en fonction de phénomènes atmosphériques : ondes de gravité, variations de température... Mais il intéresse aussi beaucoup la DGA - Direction générale de l'armement, qui voit là une potentielle rampe d'éclairage globale pour les nuits sans lune et sans nuage.

copyright © Onera 2010 - Tous droits réservés Structure caractéristique en bandes de l'émission de OH dans le proche infrarouge, due aux phénomènes ondulatoires dans la haute atmosphère (ondes de gravité)
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Structure caractéristique en bandes de l'émission de OH dans le proche infrarouge, due aux phénomènes ondulatoires dans la haute atmosphère (ondes de gravité)

copyright © Onera 2010 - Tous droits réservés Scène mesurée dans la bande spectrale 1,4 - 1,8 µm par une nuit sans lune
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Scène mesurée dans la bande spectrale 1,4 - 1,8 µm par une nuit sans lune

Aussi dans le cadre d'un dispositif REI - Recherche exploratoire et innovation, l'Onera, associé à l'Observatoire de Besançon et à la DGA, a mis en oeuvre une campagne de terrain ayant pour objectifs la caractérisation des variabilités spectrale, spatiale et temporelle de ce rayonnement, et l'évaluation d'une utilisation pour l’observation  de scènes au sol. Les mesures ont été effectuées dans une bande spectrale proche infrarouge autour de 1,6 µm avec une caméra développée à l'Onera (laboratoire Aïquido). Cette caméra refroidie à l’azote liquide utilise une nouvelle technologie de  détecteur développée par le CEA/Leti et Sofradir : la mosaïque infrarouge est constituée de photodiodes à avalanche réalisées à partir du semiconducteur HgCdTe (Mercure-Cadmium-Tellure).

Comme le montrent les images de cette page, le nightglow a un bon potentiel pour fournir un "éclairage" suffisant pour une vision de nuit avec une caméra adéquate bien sûr. Dans la perspective des chercheurs de l'Onera aujourd'hui : développer une caméra suffisamment sensible, légère, maniable, non refroidie, et capable d'exploiter l'avantage du proche infrarouge autour de 1,6 µm.

Cette première campagne consacrée à la caractérisation du nightglow proche infrarouge aura donc atteint les premiers objectifs scientifiques de cette REI (une seconde campagne et des travaux de modélisation sont encore prévus). En ce qui concerne l'enjeu opérationnel, un certain nombre d'étapes reste à franchir avant d'arriver à des dispositifs portables et facilement utilisables sur un théâtre d'opérations. Des travaux vont être initiés dans ce sens à l’Onera à partir de 2011.

L'Onera est tout à fait dans son rôle pour, à partir de cette recherche exploratoire dont il est à l'origine, passer à la mise au point d'un démonstrateur technologique qui ouvrira la voie à l'innovation industrielle.

copyright © Onera 2010 - Tous droits réservés Caméra développée au laboratoire Aïquido de l'Onera (au centre de la platine) installée pour cette campagne sur le site de l'Observatoire de Haute-Provence
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Caméra développée au laboratoire Aïquido de l'Onera (au centre de la platine) installée pour cette campagne sur le site de l'Observatoire de Haute-Provence

Images : Onera / département d'Optique théorique et appliquée

Ces travaux ont été menés par les équipes des unités "Etalonnage, réalisation d'instruments et mesures optique" et "Conception d'instruments optiques" du département d'Optique théorique et appliquée de l'Onera, en collaboration avec l'institut Utinam de l'Observatoire de Besançon et de DGA/Techniques aéronautiques.
Propos recueillis par Sylvain Gaultier (web) auprès de Pierre Simoneau, ingénieur-chercheur en optique à l'Onera.

04.04.2011