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Article Dans Une Revue Optics Express Année : 2020

Performance assessment of a coherent DIAL-Doppler fiber lidar at 1645 nm for remote sensing of methane and wind

Lidar fibré DIAL-Doppler cohérent à 1645 nm pour la télédétection simultanée du méthane et du vent

Résumé

We report on the performances of a coherent DIAL/Doppler fiber lidar called VEGA, allowing for simultaneous measurements of methane and wind atmospheric profiles. It features a 10µJ, 200 ns, 20 kHz fiber pulsed laser emitter at 1645 nm, and it has been designed to monitor industrial methane leaks and fugitive emissions in the environment. The system performance has been assessed for range-resolved (RR) and integrated-path (IP) methane measurements in natural background conditions (i.e. ambient methane level). For RR measurements, the measured Allan deviation at τ=10 s is in the range of 3-20 ppm, depending of the aerosol load, at a distance of 150 m, with 30 m range resolution, and a beam focused around 150-200 m. For IP measurements, using a natural target at 2.2 km of distance, the Allan deviation at τ=10 s is in the range of 100-200 ppb. In both cases, deviation curves decrease as τ−1/2, up to 1000 seconds for the longest averaging time. Finally, the lidar ability to monitor an industrial methane leak is demonstrated during a field test.
Nous présentons les performances d'un lidar fibré DIAL / Doppler cohérent appelé VEGA, permettant des mesures simultanées des profils atmosphériques du méthane et du vent. Il dispose d'un émetteur laser fibré pulsée de 10µJ, 200 ns, 20 kHz à 1645 nm, et il a été conçu pour surveiller les fuites industrielles de méthane et les émissions fugitives dans l'environnement. Les performances du système ont été évaluées pour les mesures résolues en distance de méthane (RR) et intégré sur un trajet (IP), dans des conditions de fond naturel (c'est-à-dire le niveau de méthane ambiant). Pour les mesures RR, l'écart d'Allan mesuré à 10 s se situe dans la plage de 3-20 ppm, en fonction de la charge d'aérosol, à une distance de 150 m, avec une résolution de 30 m, et un faisceau focalisé autour de 150-200 m . Pour les mesures IP, en utilisant le signal de rétrodiffusion d'une cible naturelle à 2,2 km de distance, l'écart d'Allan à 10 s est de l'ordre de 100-200 ppb. Dans les deux cas, les courbes d'écart diminuent en puissance-1/2, jusqu'à 1000 secondes pour le temps moyen le plus long. Des campagnes de terrain ont également été menées afin d'évaluer la capacité du lidar à surveiller les fuites industrielles de méthane. Des profils de méthane et de vent enregistrés simultanément avec VEGA, lors d'un rejet contrôlé à 10g / s, sont présentés. Le panache de méthane est visualisé avec un contraste de détection élevé, et les mesures de vitesse du vent sont en bon accord avec un anémomètre sonique de référence.
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Dates et versions

hal-03012300 , version 1 (18-11-2020)

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Citer

Nicolas Cezard, Simon Le Mehaute, Julien Le Gouët, Matthieu Valla, Didier Goular, et al.. Performance assessment of a coherent DIAL-Doppler fiber lidar at 1645 nm for remote sensing of methane and wind. Optics Express, 2020, 28 (15), pp.22345-22357. ⟨10.1364/OE.394553⟩. ⟨hal-03012300⟩
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