Métrologie de la Spectrophotométrie Solaire Absolue Principes

UNIVERSITE LIBRE ECOLE POLYTECHNIQUE INSTITUT D’AERONOMIE
DE BRUXELLES DE BRUXELLES SPATIALE DE BELGIQUE
Métrologie de la Spectrophotométrie Solaire Absolue
Principes, Mise en œuvre et Résultats
Instrument SOLSPEC à bord de la
Station Spatiale Internationale
Directeur de thèse : Pr. Frank Dubois Dissertation présentée en vue
de l’obtention du grade de
Co-promoteur : Dr. Gérard Thuillier Docteur en Sciences de l’Ingénieur
David Bolsée
Année académique 2011-2012

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Couverture :
Au centre (face blanche) : l’expérience SOLSPEC de la charge utile
SOLAR, arrimée au module européen COLOMBUS de la Station Spatiale
Internationale.
Crédit NASA (ISS022E063051)

C
UNIVERSITE LIBRE ECOLE POLYTECHNIQUE INSTITUT D’AERONOMIE
DE BRUXELLES DE BRUXELLES SPATIALE DE BELGIQUE
Métrologie de la Spectrophotométrie Solaire Absolue
Principes, Mise en œuvre et Résultats
Instrument SOLSPEC à bord de la
Station Spatiale Internationale
David Bolsée
Dissertation présentée en vue de l’obtention du grade de
Docteur en Sciences de l’Ingénieur
Composition du Jury :
Directeur de thèse : Pr. Frank Dubois (ULB)
Co-promoteur : Dr. Gérard Thuillier (LATMOS)
Président : Pr. André Preumont (ULB)
Secrétaire : Pr. Michel Godefroid (ULB)
Pr. Michel Herman (ULB)
Dr. Didier Fussen (IASB)
Dr. Didier Gillotay (IASB)
Année académique 2011-2012

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Remerciements
Je désire remercier profondément Gérard Thuillier pour avoir accepté de
m’encadrer dans le travail. La réalisation de cette thèse a pu bénéficier de son aide, de
sa renommée et de ses compétences en matière de physique solaire et de photométrie
absolue. Il m’a conseillé et orienté au cours de ces années et a accepté d’y consacrer
un temps considérable pour les nombreuses relectures, recommandations et
corrections. Je tiens donc à exprimer ma plus profonde gratitude.
Ma profonde reconnaissance est également adressée à Frank Dubois pour son
accueil, la convivialité, l’amabilité et la confiance dont il a fait preuve en acceptant
d’encadrer ce travail tout au long de ces années. Je l’en remercie profondément.
Je désire remercier tous les membres du comité d’accompagnement de la
thèse : Didier Gillotay, André Preumont et Jean-Pierre Hermand.
Je remercie chaleureusement les membres du jury d’avoir accepté de prendre le
temps de lire et d’évaluer ce travail : André Preumont (Président, ULB), Michel
Godefroid (Secrétaire, ULB), Frank Dubois (Promoteur, ULB), Gérard Thuillier (Co-
promoteur, LATMOS), Michel Herman (ULB), Didier Fussen (IASB) et Didier Gillotay
(IASB).
Je désire remercier respectueusement Paul Simon qui m’a intégré au sein de la
section d’optique de l’IASB voici 22 ans et dont la renommée dans le domaine de la
photométrie absolue du rayonnement solaire et de la photochimie atmosphérique est
reconnue. Le développement de l’expérience SOLSPEC et les publications scientifiques
ont bénéficié de ses compétences pendant de nombreuses années.
Je tiens à accorder une attention toute particulière à Didier Gillotay pour la
grande confiance qu’il m’accorde depuis plus de 20 ans concernant les activités menées
au laboratoire de radiométrie. C’est grâce à cette confiance que j’ai pu m’impliquer et
travailler pour l’expérience SOLSPEC en rejoignant l’équipe en 1999. Je l’en remercie
profondément.
Je ne peux passer sous silence la grande amitié dont Michel Hersé a fait preuve
tout au long des années de développement de SOLSPEC et jusqu’à ce jour. Je le
remercie profondément pour le partage de ses connaissances distillées tout au long de
la caractérisation et de l’étalonnage de l’instrument, ainsi que lors de la réalisation de
cette thèse. Michel est à l’origine de ce projet de doctorat pour lequel il a consacré sans
limite un temps d’écoute et de parole d’une très grande utilité.
Je tiens à remercier et à saluer tout particulièrement Thomas Foujols pour sa
sympathie et sa gestion remarquable du programme SOLSPEC, pour son implication
dans un large éventail de domaines touchant à l’électronique, le logiciel, la mécanique,
la radiométrie, les tests de qualification et la documentation de SOLSPEC.
L’aboutissement de son action a été concrétisé par la livraison dans les délais d’un
instrument qualifié et bien étalonné. Thomas est parvenu à mettre fin à temps à mes
caractérisations réalisées à l’IASB, évitant à SOLSPEC la sentence fatale ‘you don’t fly !’
(l’équipe comprendra … ).
J’adresse également mes plus vifs remerciements à Willy Decuyper sans qui ce
travail n’aurait pu aboutir. La conception de nombreuses pièces nécessaires à la
reconfiguration mécanique de SOLSPEC a bénéficié de son attention et de son
imagination. Elles n’auraient pu atteindre ce degré de finition sans ses compétences.
L’excellence de ses travaux demande une reconnaissance sans réserve. Ils sont
régulièrement évoqués dans ce manuscrit lorsque le terme ‘conception mécanique
IASB’ est utilisé. Merci pour les nombreux documents (plans et photos) qui m’ont été

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transmis. Merci pour l’ensemble des travaux en commun dont les plus longs et les plus
marquants furent les réalignements optiques de l’instrument.
Je désire exprimer ma reconnaissance envers feu le professeur D. Labs de
l’Observatoire d’Heidelberg pour sa contribution significative à la photométrie solaire
absolue, à la physique solaire et à l’instrument SOLSPEC.
Je désire remercier respectueusement les collègues qui ne sont plus
actuellement en activité à l’IASB mais qui ont considérablement contribué au
développement de l’expérience SOLSPEC pendant de nombreuses années. Je pense à
Serge, Emiel et François. Je ne peux bien sûr oublier William Peetermans avec qui la
complicité a été croissante au fil des ans pour toute question de mathématique et
d’électronique. Par sa contribution majeure concernant la nouvelle électronique
infrarouge de l’instrument et le logiciel de vol, William est à l’origine de la remarquable
efficacité avec laquelle SOLSPEC fut utilisé au sol et actuellement en orbite.
Je salue également Alice Michel pour l’ensemble de son travail en électronique
et informatique dont SOLSPEC a pu bénéficier lors de son développement. Par son
souci de la précision et de la qualité des mesures, elle a contribué efficacement à
l’aboutissement de la caractérisation de l’instrument.
Je remercie l’ensemble du personnel de l’IASB et les fonctions dirigeantes qui,
de manière directe ou indirecte rendent possible l’élaboration d’un travail de doctorat,
grâce à leur gestion de l’institut et à l’efficacité des services administratifs, informatiques
et de documentation. La caractérisation radiométrique approfondie de SOLSPEC
n’aurait pas pu être effectuée sans l’équipement performant dont les laboratoires ont pu
être dotés.
Je ne peux oublier les collègues proches avec qui je partage le même bureau ou
le temps de midi depuis plus de 20 ans parfois : Charles, Christian Christine et Ann-
Carine. Je les remercie pour leur complicité, leur convivialité, leurs encouragements,
pour l’ensemble des discussions d’ordre scientifique et les relectures attentives du
manuscrit. Ainsi, je remercie Ann-Carine pour sa contribution dans le domaine de la
spectroscopie (programme ASIMUT utilisé pour la détection et la correction de
l’absorption par la vapeur d’eau). Je n’oublie pas Christine pour sa sympathie, sa
relecture du manuscrit et sa disponibilité permanente pour toutes questions abordant les
mathématiques et autres domaine en aéronomie, et Christian pour toutes ces années
partagées et nos travaux expérimentaux menés en commun.
Je salue Nuno pour son extrême amabilité, son dynamisme et son intérêt porté à
l’expérience SOLSPEC, au traitement des données et aux activités du laboratoire de
radiométrie.
Je remercie cordialement mes collègues Arnaud Mahieux, Isabelle De Smedt et
Nicolas Theys pour les précieux conseils et les documents qu’ils ont accepté de
partager en vue de la finalisation et de la soutenance de cette thèse.
Je remercie Michel Van Roosendael et Caroline pour le temps qu’ils ont
aimablement consacré pour l’estimation de certaines contributions intervenant dans le
calcul d’incertitude et le contrôle des échelles de longueur d’onde.
Je remercie les mécaniciens et électroniciens de l’IASB : Jeroen, Eddy, Sophie,
Roland et Francis, pour leur contribution passée pour le développement de l’expérience
SOLSPEC, pour les tests (passés et actuels) de son électronique et pour l’accessibilité
des installations en chambre propre.
Je remercie l’ensemble de nos partenaires du LATMOS (anciennement Service
d’Aéronomie du CNRS). Par leur travail et leurs compétences, ils ont rendu possible la
remise à niveau de SOLSPEC et sa mise en orbite. En particulier Gilbert, Cyril, Jean-
Pierre, Patrick et Michel Leclerc pour leur extrême amabilité tant appréciée lors de nos
nombreuses interactions.