Brevet FR2747193A1 — publié le 19971010

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA TELEDETECTION DE GAZ A L'ETAT DE TRACES L'invention concerne un procédé et un dispositif de télédétection de gaz à l'état de traces moyennant l'utilisation du procédé dit DIAL. Le procédé dit DIAL (sigle tiré d'une expression anglaise signifiant lidar à absorption différentielle) est un développement de la technique classique de mesure à lidar, qui a son origine dans la technologie du radar. Etant donné que les appareils à lidar travaillent de la même manière que les installations radar, ils possèdent un émetteur, qui émet le rayonnement électromagnétique sous forme impulsionnelle dans l'atmosphère, et un récepteur, qui enregistre l'intensité des échos en fonction du temps de propagation. Le temps de propagation de l'impulsion est une mesure de l'éloignement ou de la distance d'une cible. Avec un lidar, on peut effectuer en général une mesure très précise étant donné que la durée typique d'une impulsion de la source de rayonnement est égale seulement à quelques -9 secondes. Alors que dans le cas du radar, la longueur d'onde du rayonnement émis se situe dans la gamme centimé- trique, un appareil lidar émet un rayonnement à longueur d'onde comparativement courte dans la plage spectrale optique. En raison de la courte longueur d'onde, ce rayon- nement réagit déjà avec les plus petits constituants de l'atmosphère, les molécules d'air et les particules flot- tantes (aérosols), de sorte que même un air limpide et sans nuage fournit un écho décelable, ce qui n'est pas le cas pour le radar. L'intensité de l'écho du lidar est une mesure aussi bien de la densité que des propriétés optiques du volume d'air qui produit une dispersion ainsi que de la transmission dans l'atmosphère, pour la longueur d'onde correspondante de l'émetteur. A partir des données de rétrodiffusion d'un lidar, on peut obtenir une multiplicité de paramètres con- cernant l'environnement ou de paramètres météorologiques de l'atmosphère examinée, et à cet effet on a développé des techniques différents en for.nction du problème considéré. Une technique de mesure selon le procédé DIAL convient notamment pour la télédétection de profils de gaz à l'état de traces. Sur la figure 4, on a illustré schématiquement le principe du procédé DIAL. Contrairement au lidar classique à rétrodiffusion, qui émet avec une longueur d'onde fixe, dans le cas du procédé DIAL deux longueurs d'onde très voi- sines)on et Xoff sont émises à un faible intervalle l'une derrière l'autre. En ce qui concerne la longueur d'onde Àon, le gaz à l'état de traces produit, en raison de l'absorption, un affaiblissement supplémentaire du rayonne- ment lorsqu'il traverse l'atmosphère. La longueur d'onde loff est la longueur d'onde de référence associée, qui est choisie de telle sorte qu'il se produit ici une absorption nettement plus faible. Pour des sections d'absorption molé- culaire connues, le profil du gaz à l'état de traces peut être calculé en fonction de la distance dans la direction de propagation de l'émetteur avec une équation dite DIAL: N(R)= I in P(R2)P "(R') (1) 2- ar AR p,(R2)Po(RI) avec a (du)[L(v-u. 8)-L(U-u -ff)]du (2) dî = o L(u)du N(R) est la concentration moyenne de particules (le nombre de molécules/m3) à une distance R=R1+AR/2. La moyenne est formée sur l'intervalle de distance AR=R2-R1 sur la figure 4, qui définit également simultanément la résolution locale du profil de gaz à l'état de traces le long de l'émetteur. Pon et Poff désignent les signaux de rétrodiffusion, qui sont reçus à partir des distances R1 et R2. La sensibilité de détection est déterminée essen- tiellement par la valeur de la section différentielle effi- cace d'absorption Av dans la relation (2). Cette section est fonction de la section d'absorption moléculaire c(v) de la distribution d'énergie spectrale L(v) de la source spec- trale, w désignant la fréquence de la raie spectrale sélec- tionnée du gaz à l'état de trace à mesurer. Dans des conditions atmosphériques, ces raies spectrales sont en général élargies par la pression ou par l'effet Doppler avec des largeurs de raie de 0,08 cm- (HWHM - demi-largeur à la moitié du maximum) dans la tropo- sphère inférieure et 0,02 cm-1 dans la stratosphère. La forme de la raie est un profil Voight. A l'aide des para- mètres de la raie, qui sont mesurés en laboratoire, on peut calculer d'une manière suffisamment précise les sections d'absorption en fonction de la fréquence et de l'amplitude. La figure 5 montre l'illustration d'un procédé DIAL classique. En abscisses on a porté la longueur d'onde en nm et en ordonnées on a porté la section d'absorption [lE-22 cm2]. A titre d'exemple, on a choisi une raie d'absorption de la vapeur d'eau moléculaire, qui se situe à 828,215 nm. En outre on a réglé un émetteur à bande étroite, pour lequel on a Avémetteur " A"molécule, pour la mesure sur la raie au centre de la raie d'une jonction linéaire. La mesure avec décalage par rapport à la raie a été exécutée dans l'environnement de la raie dans le cas d'une absorption négligeable. Dans le cas d'une source de rayonnement à bande étroite (monochromatique) pour laquelle on a Avmetteur " AVraie, comme cela est représenté sur la figure 5 pour un émetteur pour lequel on a AVémetteur " Avmolécule, la relation (2) peut être évaluée simplement avec Au = Con Ooff (3) on et aoff représentant les sections d'absorption au centre de la raie (sur la raie) et au voisinage de la raie (avec décalage par rapport à la raie). Etant donné que, comme cela a déjà été indiqué, on a en général con " Goff, la section différentielle d'absorption de la relation DIAL est définie essentiellement par la valeur de la raie centrale, ce qui simplifie fortement l'évaluation. La gamme des possibilités d'utilisation d'un sys- tème DIAL dans le contrôle de l'environnement et du climat est extrêmement grande. Aussi bien des systèmes fixes au sol que des appareils aéroportés ont déjà été utilisés avec succès pour mesurer par exemple des particules d'ozone, d'oxyde d'azote et de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Comme des recherches théoriques l'ont montré, la technique DIAL pourrait être appliquée par exemple également à partir de l'espace - avec un satellite en tant que plate-forme - pour des études globales. En outre, il a déjà été établi par le déposant que cette technique de mesure s'avère extrêmement robuste et moins sensible vis-à-vis de variations et de la tempéra- ture dans l'atmosphère ou de variations de la sensibilité de détection. Etant donné que la technique DIAL est en principe une technique de mesure à auto-calibrage, aucune mesure compliquée de calibrage n'est nécessaire pour détec- ter de façon quantitative une teneur de traces. De ce fait cette technique diffère nettement de procédés passifs, dans lesquels la puissance sensible du rayonnement doit être également mesurée quantitativement, pour en dériver un pro- fil de gaz à l'état de traces. En outre, le procédé DIAL, qui peut être utilisé par surcroit aussi bien de jour que de nuit, fournit une résolution nettement plus élevée de distances que des procédés passifs. Cependant, en dépit d'une multiplicité de carac- téristiques positives du procédé DIAL, il existe seulement quelques appareils DIAL travaillant de façon opé- rationnelle. Ceci est dû à la complexité des systèmes connus jusqu'alors, notamment en ce qui concerne l'émetteur. Comme émetteur pour la mise en oeuvre d'un pro- cédé DIAL on a utilisé jusqu'alors, de façon prépondérante, des systèmes à laser pulsés accordabies, qui en raison de la faible divergence du faisceau et de leur énergie, four- nissent encore également des intensités d'éclairement éle- vées, & des distances plus importantes, afin qu'un écho puisse être décelé. Le caractère accordable est nécessaire, afin de pouvoir régler la longueur d'onde dans le cas d'une mesure directe exactement au centre de la raie d'une tran- sition moléculaire du gaz à l'état de traces à mesurer. Dans le cas de procédé à lidar, l'énergie maximale admis- sible de l'impulsion de l'émetteur est en général limitée pour protéger l'oeil. C'est pourquoi une résolution spa- tiale et temporelle élevée de la mesure requiert des fré- quences aussi élevées que possible de la succession d'impulsions. En général, dans le cas de systèmes DIAL usuels, on utilise l'une des variantes suivantes: a) On utilise deux sources de rayonnement à bande étroite 111 et 112, dont l'une (111) est réglée sur la lon- gueur d'onde sur la raie Xon et dont l'autre (112) est réglée sur la longueur d'onde à décalage par rapport à la raie Aoff (voir figure 6(a)). Les deux sources de rayonne- ment 101 et 102 doivent satisfaire aux exigences élevées imposées du point de vue énergie, puissance moyenne, diver- gence du faisceau et caractéristiques spectrales. C'est pourquoi, lorsqu'il faut faire fonctionner deux sources de rayonnement 111 et 112, l'agencement du point de vue appa- reillage ainsi que le poids total sont comparativement éle- vés. En outre, les deux sources de rayonnement 111 et 112 doivent être alimentées dans ce cas avec une énergie et simultanément avec un liquide de refroidissement. Si les divergences des deux sources de rayonne- ment 111 et 112 diffèrent ou si ces sources émettent d'une manière qui n'est pas exactement colinéaire, le volume de gaz à examiner est également différent pour la mesure sur la raie ou pour la mesure décalée par rapport à la raie. Déjà des écarts se situant dans la gamme de quelques frac- tions de millirads conduisent à des temps de mesure élevés, de sorte qu'un degré élevé de stabilité mécanique et de stabilité mécanique et thermique est nécessaire, peut être garanti que moyennant une dépense technique élevée. L'agencement compact et robuste, qui est requis surtout pour des systèmes DIAL automobiles ne peut être réalisé de cette manière qu'avec des limitations. Dans EP 0 489 546 A2 il est proposé un dispositif de détection, assisté par un avion, de gaz à l'état de traces avec la variante décrite précédemment du procédé DIAL. Comme sources de rayonnement, on prévoit au moins deux lasers accordables fonctionnant dans la gamme spec- trale de l'infrarouge, à savoir un laser pulsé Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:Glas, Ti:Saphir, Er:YAG ou un laser pulsé à alexandrite. Pour la production d'un rayonnement à bande étroite, on utilise au moins deux diodes laser accordables possédant une longueur d'onde de 810 nm ou de 1550 nm. Ces diodes laser sont utilisées en tant que laser germe pour des oscillateurs optiques paramétriques, qui possèdent une longueur d'onde de pompage de 532 nm ou de 1064 nm. Par conséquent toujours deux ou un plus grand nombre de sources de rayonnement différentes sont néces- saires. En outre, aucune largeur de raie variable des sources de rayonnement n'est prévue, c'est-à-dire que le procédé DIAL proposé n'est pas basé sur une largeur spec- trale variable. En outre la gamme des longueurs d'onde du dispositif est limitée d'une manière explicite à la gamme spectrale infrarouge. Dans FORCE, A.P., et ai: Laser remote sensing of atmospheric ammonia using a CO2 lidar system, Applied Optics, Vol. 24, N*17, du 1-er Septembre 1985, pages 2837 à 2841, on décrit également la variante, indiquée précédem- ment en a), d'un procédé DIAL de télédétection de NH3. Comme sources de rayonnement pour la production de fréquences en ligne ou décalées, on utilise deux lasers aux C02 pulsés différents ayant une longueur d'onde de 10,6 pm. Etant donné qu'en ce qui concerne les lasers à C02 il s'agit de laser à gaz, leur largeur spectrale est faible (ici 0,1 cm-1), c'est-à-dire qu'elle n'est pas variable étant donné que les deux sources de rayonnement utilisées sont à bande étroite. De plus, il faut utiliser deux sources de rayonnement différentes. En outre en ce qui concerne le milieu laser C02, il ne s'agit également pas d'une source de lumière avec une conversion non linéaire de fréquence. b) Dans le cas de la seconde variante, on utilise une seule source de rayonnement à bande étroite 113, dont la longueur d'onde correspondant à une fréquence élevée est désaccordée en va-et-vient entre la position sur la raie (xon) et la position décalée par rapport à la raie (loff). Les inconvénients importants de la variante (a) décrite précédemment sont évités. La difficulté réside cependant dans le fait que les caractéristiques spectrales de la source de rayonnement ne varient pas lors du désaccord. Et surtout on exige la reproductivité élevée de la longueur d'onde absolue, de la largeur spectrale dans le cas de la longueur d'onde sur la raie et dans le cas de la longueur d'onde avec décalage par rapport à ia raie. Pour régler une source de rayonnement utilisable pour l'exécution du procédé DIAL entre deux longueurs d'onde, il faut à nouveau utiliser deux procédés diffé- rents. Dans le cas du premier procédé, on utilise des élé- ments sélectifs en fréquence comme par exemple des grilles, des étalons, des prismes, des filtres de Lyot notamment, dans le résonateur. En raison des exigences élevées du point de vue reproductibilité, ces éléments doivent être commandés et réglés avec une très grande précision (voir figure 6(a)). En particulier dans le cas de fréquences éle- vées de la suite d'impulsions, ceci ne peut être réalisé que moyennant la mise en oeuvre d'une dépense technique élevée. En outre, les éléments logés à l'intérieur du résonateur réduisent l'efficacité de la source de rayon- nement. C'est pourquoi, en raison de la densité de puis- sance élevée dans le résonateur, les éléments internes logés dans le résonateur sont soumis à des contraintes importantes et doivent posséder un seuil de destruction optique élevé. En ce qui concerne le second procédé, on utilise la technique dite "Injection seeding", c'est-à-dire à ense- mencement par injection. Dans ce procédé, on injecte une lumière d'une source de lumière externe à bande étroite, ce qu'on appelle une source d'ensemencement 101, dans le réso- nateur de la source de rayonnement 114. Déjà avec de faibles puissances lumineuses, il est possible d'influer de façon fiable sur les caractéristiques spectrales de la source de rayonnement DIAL. Ce qui est avantageux dans cette technique c'est que la commande des caractéristiques spectrales de la source de rayonnement 114 est transférée à une source de lumière séparée. C'est pourquoi la source de rayonnement doit produire encore seulement la puissance optique néces- saire. De ce fait, son agencement est beaucoup plus simple; c'est-à-dire que ceci conduit à un accroissement du rende- ment. Une variation de la longueur d'onde À de la valeur sur la raie (Àon) à la valeur décalée par rapport à la raie (Aoff) s'effectue grâce au fait que la longueur d'onde de la source d'ensemencement 101 est désaccordée de façon corres- pondante, comme cela peut être tiré de la figure 6(c). Bien que ceci puisse être traité plus facilement en raison de la puissance moyenne nettement plus faible de la source d'ensemencement que dans le cas d'une source de rayonnement accordable & bande étroite, les exigences techniques sont cependant considérables. Ceci se complique par le fait que le résonateur de la source de rayonnement 114 et les fré- quences du rayonnement d'ensemencement doivent être accor- dés entre eux et que la géométrie du rayonnement d'ensemen- cement ne devrait pas changer dans le cas du désaccord. D'après WULFMEYER, V., et al; Injection-seeded alexandrite ring laser: performance and application in ab water-vapor differential absorption lidar, Optics Letters, Vol.20, N'6, du 15 Mars 1995, pages 638 à 640, on utilise le procédé DIAL indiqué dans le paragraphe précédent pour la télédétection de profils de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Comme source de rayonnement on utilise un laser pulsé Cr:BeAl204 (laser à alexandrite) possédant une longueur d'onde d'environ 730 nm et qui est ensemencé au moyen d'un laser à titane-saphir. De ce fait on obtient un fonctionnement à bande étroite. Pour la commutation en va- et-vient entre une fréquence en ligne et une fréquence hors ligne, on modifie la fréquence du laser à titane-saphir de façon correspondante. Dans le cas de cette forme de réali- sation du procédé DIAL, la largeur spectrale est toujours inférieure ( variable, étant donné que la source de rayonnement est tou- jours ensemencée. En outre la fréquence de la source d'ensemencement doit être modifiée. Cependant, on peut également utiliser deux sources de rayonnement 101 et 103 pour la longueur d'onde sur la raie Aon et la longueur d'onde décalée par rapport à la raie Aoff. A l'aide d'un mécanisme de commutation 12 présentant la fréquence correcte de récurrence, il faut veiller dans ce cas à ce que la source de rayonnement émette avec la longueur d'onde d'ensemencement respective, comme cela est indiqué schématiquement sur la figure 6(d). En dehors de ce mécanisme de commutation, ce qui est ici un inconvénient c'est surtout la dépense accrue en appareil- lage, en raison de la préparation de deux sources d'ense- mencement. C'est pourquoi l'invention a pour but de créer un procédé et un dispositif de télédétection de gaz à l'état de traces, le procédé devant être mis en oeuvre, d'une manière moins coûteuse et nettement plus simple et par conséquent plus rapidement, tandis que le dispositif doit être fortement simplifié en ce qui concerne la dépense en appareillage et que les exigences techniques sont beaucoup plus faibles. Conformément à l'invention ceci est obtenu dans le cas du procédé par le fait que, moyennant l'utilisation du procédé DIAL (procédé utilisant un lidar à absorption différentielle), a) on calcule la concentration N(R) de particules dans le gaz à examiner en fonction de la distance (R = R1 + AR/2) à l'aide de la relation DIAL -- Poff(R2)P,.(R,) N(R)= IlI __ Relation (1) 2- a -AR Po. (R2)Pof(RI) AR représentant l'intervalle d'alignement formé par la dif- férence de deux distances R1 et R2, Pon(R1), Poff(R1), Pon(R2) et Poff(R2) désignant les puissances de signaux de rétrodiffusion reçus à partir des distances (R1 et R2), et Ao désignant la section d'absorption différentielle effi- cace, avec jra(o)[L(u - vu.)- L(u - uoff)]dv 0a= _________ Relation (2) L(u)du ll v désignant la fréquence d'une raie spectrale sélectionnée du gaz & examiner, von la fréquence de sa raie d'absorption et Voff une fréquence de référence, o(v) étant la section d'absorption moléculaire et L(v) la distribution d'énergie spectrale d'une source de rayonnement, b) Pon est produite au moyen d'un rayonnement d'une source de rayonnement à bande étroite possédant la fréquence de raie d'absorption von du gaz à examiner, dont la largeur spectrale est inférieure à la largeur de la raie d'absorption, et c) Poff est produite avec un rayonnement d'une source de rayonnement à large bande ayant la fréquence de référence Voff, dont la largeur spectrale est supérieure d'un multiple & la largeur de la raie d'absorption. Ceci est en outre obtenu dans le cas du disposi- tif grâce au fait qu'il est prévu un dispositif d'émission ayant une largeur de bande spectrale variable, qui comporte une source d'ensemencement, une source de rayonnement, un interrupteur installé entre les deux sources et à l'aide duquel la source de rayonnement peut être commutée en va- et-vient entre un fonctionnement avec ensemencement (à bande étroite), dans lequel un rayonnement possédant la fréquence d'absorption est délivré, et un fonctionnement sans ensemencement (à large bande), dans lequel un rayonne- ment possédant une fréquence de référence est délivré, et un dispositif de réception pour des signaux de rétrodiffu- sion qui proviennent de deux distances. Selon une autre caractéristique de l'invention, la source de rayonnement est un laser accordable, dans lequel des colorants ou des matériaux formant corps solides peuvent être utilisés en tant que milieu laser. Selon une autre caractéristique de l'invention, la source de rayonnement est une source de lumière & conversion de fréquence non linéaire, tel qu'un premier oscillateur optique paramétrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, la source d'ensemencement est un laser à fonctionnement continu ou pulsé. Selon une autre caractéristique de l'invention, la source d'ensemencement est un second oscillateur optique paramétrique fonctionnant de façon continue ou pulsée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la longueur d'onde de la source d'ensemencement correspond soit & la longueur d'onde du signal, soit à la longueur d'onde & vide de l'oscillateur optique paramétrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'interrupteur est un moyen de commutation mécanique, qui réalise une commutation en va-et-vient entre un fonctionne- ment avec ensemencement et un fonctionnement sans ensemen- cement, pour l'interruption de l'injection d'un ensemence- ment. Selon une autre caractéristique de l'invention, le commutateur dévie le faisceau de la source d'ensemence- ment & l'aide d'un milieu électro-optique ou acousto- optique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le commutateur modifie la direction de polarisation du rayonnement de la source d'ensemencement et que la source de rayonnement est commutée en va-etvient, sous l'effet de cette variation, entre un fonctionnement avec ensemencement et un fonctionnement sans ensemencement. Conformément à l'invention, dans le cas du pro- cédé de télédétection de gaz à l'état de traces en utili- sant le procédé DIAL, il est particulièrement avantageux que les valeurs des puissances Pon et Poff, qui sont néces- saires pour le calcul des relations (1) et (2) indiquées plus haut, puissent être obtenues à partir de signaux de rétrodiffusion qui sont reçus à partir de deux distances R1 et R2 par le fait que la valeur de Pon est produite au moyen d'un rayonnement d'une source de rayonnement à bande étroite avec la fréquence von de la raie d'absorption du gaz examiné, dont la largeur spectrale est inférieure à la lar- geur spectrale de la raie d'absorption, et que la valeur Poff soit produite avec un rayonnement d'une source de rayonnement à large bande ayant la fréquence de référence voff et dont la largeur spectrale est égale à un multiple de la largeur spectrale de la raie d'absorption. Conformément à l'invention, la caractéristique essentielle du dispositif fonctionnant en utilisant le pro- cédé DIAL doit être vue dans le fait que par rapport à la mise en oeuvre du procédé usuel décrit précédemment, on utilise seulement une source de rayonnement ayant une lar- geur spectrale variable. Ceci est obtenu conformément à l'invention à l'aide de l'ensemencement par injection par le fait que la source de rayonnement est commutée en va-et- vient entre un fonctionnement avec ensemencement, c'est-à- dire un fonctionnement à bande étroite, et un fonctionne- ment sans ensemencement, c'est-à-dire un fonctionnement à large bande. Pour le fonctionnement, il suffit d'utiliser encore une seule source d'ensemencement ainsi que la source de rayonnement. De ce fait aucun ajustement par rapport à un chevauchement de deux rayons n'est nécessaire et il suffit également d'alimenter une seule source de rayonne- ment avec une énergie électrique et un fluide de refroidis- sement. Par conséquent étant donné que, conformément à l'invention, seules sont nécessaires une source d'ensemen- cement ayant une puissance comparativement faible ainsi qu'une source de rayonnement - agencée d'une manière rela- tivement simple - typique pour des systèmes avec ensemence- ment d'injection, on obtient, grâce à l'invention, une forme de réalisation légère, compacte et robuste d'un dis- positif pour la mise en oeuvre du procédé de télédétection de gaz & l'état de traces. En outre, la source d'ensemence- ment fonctionne, dans le cas de la longueur d'onde sur la raie, avec une fréquence fixe. Etant donné qu'une modifica- tion de la longueur d'onde, comme jusqu'alors une commuta- tion de la position sur la raie à la position décalée par rapport à la raie, n'est pas nécessaire, on peut obtenir d'une manière très simple la stabilité de fréquence néces- saire de la cellule d'ensemencement et en outre il est pos- sible de mettre en oeuvre également sans problème un fonc- tionnement avec des fréquences plus élevées de la suite d'impulsions. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 montre une représentation schéma- tique d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 2 représente des graphiques de pro- fils de vapeur d'eau déterminés expérimentalement; - les figures 3a et 3b montrent une illustration de principe du procédé DIAL selon l'invention dans le cas d'un spectre de la vapeur d'eau; - la figure 4 montre une illustration schématique d'un dispositif usuel utilisé dans la technique de mesure DIAL; - la figure 5 montre une représentation schéma- tique du procédé DIAL classique; et - les figures 6a à 6d représentent différents dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé de mesure DIAL classique. Comme cela est représenté sur la figure 1, pour la mise en oeuvre du procédé DIAL conformément à l'invention il est nécessaire d'utiliser un dispositif d'émission 1 ainsi qu'un dispositif de réception 2. Le dis- positif d'émission 1 comprend essentiellement trois compo- sants, & savoir une source d'ensemencement 10, une source de rayonnement 11 ainsi qu'un commutateur 12 disposé entre ces sources et qui interrompt ce qu'on appelle l'ensemence- ment par injection. La source de rayonnement 11 doit être conçue de telle sorte qu'elle peut être accordée dans la zone des raies d'absorption d'un gaz à examiner. En outre, elle doit posséder une largeur spectrale qui est supérieure d'un multiple à celle des raies d'absorption, et les carac- téristiques spectrales de la source de rayonnement doivent être contrôlées à l'aide de l'ensemencement par injection. En plus des caractéristiques spectrales, la source de rayonnement 11 doit satisfaire à toutes les exi- gences d'une source de lumière DIAL, c'est-à-dire une source de lumière avec laquelle le procédé DIAL doit être exécuté et qui possède une énergie suffisante d'impulsions et une puissance correspondantes et dont la durée des impulsions est suffisamment grande et qui présente une séquence élevée correspondante de récurrence des impulsions et a seulement une faible divergence d'émission. Comme source de rayonnement de ce type, on peut envisager d'utiliser: 1) des lasers accordables, dans lesquels on utilise comme milieu laser, des colorants ou des matériaux à corps solides. Des matériaux possibles à corps solides sont par exemple Ti:Saphir (Ti:SA), des matériaux dopés par du Cr3+ et Cr4+, comme par exemple l'alexandrite, des cristaux de la structure de Colquiriit, comme par exemple Cr3+:LiSrAlF6 ou le Cr3+ :LiCaAlF6) ou la forstérite; mais en outre il convient également d'utiliser des cristaux à centres colo- * rés. 2) des sources de lumière, qui sont basées sur le principe de conversion de fréquence non linéaires, comme par exemple des oscillateurs optiques paramétriques (OPO). On peut envisager d'utiliser par exemple les matériaux suivants, à savoir du borate de bêta-baryum (BBO), du triborate de lithium (LBO), du titanylphosphate de potassium (TiOPO4 KTP), du KTiOAsO4 (KTA); RbTiOAsO4 (RTA), du CsTiOAs04 (CTA), du niobate de potassium (KNbO3), du niobate de lithium (LiNbO3), du séléniure d'argent et de gallium (AgGaS2), de l'arseniure d'argent et de gallium (AgGaSe2), du phosphate de zinc et de germanium (ZnGeP2); et en outre on peut utiliser d'autres cristaux par exemple organiques. 3) Comme dans le cas de la source de rayonnement 11, une source d'ensemencement 10 utilisable conformément à l'invention doit être accordable dans la zone des raies d'absorption du gaz à examiner. La largeur de raie doit être inférieure ou du même ordre de grandeur que la largeur des raies d'absorption. Cela signifie que l'on peut utili- ser des lasers fonctionnant en continu ou de manière pul- sée ou également des oscillateurs optiques paramétriques (OPO). Comme matériaux optiques actifs pour l'effet laser ou non linéaires, on peut utiliser toutes les sources de lumière déjà indiquées ici en liaison avec la source de rayonnement 11. En outre, on peut envisager d'utiliser des lasers à semiconducteurs ou des systèmes laser, dont le matériau actif est formé de cristaux semiconducteurs. Si on utilise des oscillateurs optiques paramétriques (OPO) en tant que source de rayonnement, il est particulièrement avantageux que l'ensemencement d'injection puisse s'effec- tuer aussi bien pour le signal que pour la longueur d'onde à vide d'un oscillateur OPO. Le commutateur 12, qui est prévu dans le disposi- tif d'émission 1 et qui est disposé entre la source d'ense- mencement 10 et la source de rayonnement 11, sert de ce fait à commuter en va-et-vient la source de rayonnement 11 entre un fonctionnement avec ensemencement et par consé- quent & bande étroite et un fonctionnement sans ensemence- ment et par conséquent à large bande. A l'aide du commuta- teur 12, le faisceau d'un laser d'ensemencement utilisé en tant que source d'ensemencement 10 est interrompu ou est dévié. La commutation en va-et-vient peut être exécutée par des moyens mécaniques ou lors d'un procédé électro-optique ou acousto-optique. Si le fonctionnement de l'ensemencement d'injection dépend de la polarisation, l'ensemencement d'injection peut être également interrompu au moyen d'une rotation de la polarisation du rayonnement d'ensemencement. En outre, dans le cas de mesures DIAL, on utilise fréquemment, dans le dispositif de réception, un filtre & bande étroite, qui transmet au détecteur uniquement un rayonnement qui se situe dans une plage spectrale autour de la longueur d'onde du dispositif d'émission. L'utilisation d'un tel filtre réduit le rayonnement à son air ambiant et permet de ce fait de déterminer également dans la journée, des concentrations de gaz avec de faibles erreurs. En liai- son avec le dispositif selon l'invention, il faut veiller simplement au fait que la courbe de transmission du filtre permette la transmission du rayonnement sans ensemencement et par conséquent du rayonnement à large bande. En liaison avec le développement d'un système DIAL aéroporté et servant à déceler de la vapeur d'eau dans l'atmosphère, le déposant a construit et testé entre-temps un prototype d'un dispositif selon l'invention qui tra- vaille selon le système DIAL. Comme source de rayonnement, on a utilisé un oscillateur OPO ensemencé pour des mesures en ligne et simultanément on a utilisé le même oscillateur OPO, mais non ensemencé, pour la longueur d'onde hors ligne. Dans l'oscillateur OPO, on a utilisé du BVO en tant que cristal non linéaire et en outre on a excité l'oscillateur OPO avec le rayonnement dont la fréquence est triplée, d'un laser au Nd:YAG déclenché. Comme source d'ensemencement 10, on a utilisé un laser à colorant pulsé pour une longueur d'onde d'environ 620 nm. Les mesures ont été exécutées pour la longueur d'onde & vide de l'oscillateur OPO, égale à 828,2 nm. Pour ces mesures, on a réglé de façon précise l'oscillateur OPO ensemencé par conséquent à bande étroite, à l'aide d'une cellule d'absorption photo-acoustique sur le centre de la raie de la transition H20 sélectionné. Pour la mesure hors ligne, on a bloqué mécaniquement la source d'ensemencement et le rayonnement OPO non ensemencé et donc à large bande a été émis sans d'autres éléments limitant la largeur de bande. Les échos du lidar ont été collectés avec une lunette Cassegrain de 35 cm et ont été détectés avec une diode & avalanche (APD). Pour supprimer la lumière ambian- te, on a utilisé un filtre à 5 nm (HWHM - demi-largeur pour la moitié du maximum). A l'aide d'une détection rapide des données on a pu enregistrer numériquement les signaux en fonction du temps de propagation. En dehors du dispositif selon l'invention, on a également mis en oeuvre le procédé DIAL classique, lors duquel la source d'ensemencement est commutée en va-et-vient entre la longueur d'onde sur la raie et la longueur d'onde avec décalage par rapport à la raie, comme cela peut être tiré par exemple de la figure 5. Sur la figure 2, on a reproduit un profil de la vapeur d'eau, mesuré conformément à l'invention ainsi qu'un profil de la vapeur d'eau mesuré au moyen du procédé DIAL usuel. Sur la figure 2 on a porté en abscisses le rapport de mélange de H20 en g/kg et en ordonnées la distance en m. Sur la figure 2, on a représenté la mesure, exécutée en utilisant le dispositif selon l'invention, par une ligne en trait mixte, tandis qu'on a représenté la mesure effectuée conformément au procédé DIAL classique, au moyen de la ligne en trait plein. On peut établir l'existence d'une bonne concordance entre les deux mesures. En outre, sur la figure 2, on a également repro- duit, & titre de comparatif, et ce au moyen de triangles ou de cercles noirs, des points de mesure introduits, qui ont été obtenus dans le cas de deux montées de sondes, qui sont exécutées pendant le même intervalle de temps que les deux mesures reproduites au moyen de la courbe en trait mixte et de la courbe en trait plein. La très bonne concordance des résultats de mesure représentés sur la figure 2 confirme la validité aussi bien de l'utilisation du procédé selon l'invention que de l'application et de l'utilisation du dispositif selon l'invention. Ceci est dû au fait que les sections d'absorption différentielles dans les deux procédés de mesure sont seulement faiblement différentes. Ceci se mani- feste notamment lorsque les sections d'absorption sont cal- culées dans la gamme spectrale considérée à l'aide de la relation (2). Dans le cas classique on obtient sur la figure 5 une valeur tAOancien = 6,51 x 10-23 cm2 et selon l'invention conformément à la figure 2 AOnouveau = 6,34 X 10-23 cm2 Les indices "ancien" et "nouveau" désignent le procédé classique et le procédé nouveau conforme à l'invention. Sur la figure 3a, on a utilisé à titre d'exemple d'un spectre de la vapeur d'eau dans la plage spectrale de 828 nm pour la mesure avec décalage par rapport à la raie, un rayonnement non ensemencé et par conséquent à large bande. Sur la figure 3b, dans le spectre de la vapeur d'eau dans la gamme spectrale de 828 nm, on a également réglé la source de lumière ensemencée et par conséquent à bande étroite sur la raie d'absorption. La largeur de bande spec- trale (FWHM - largeur complète pour la moitié du maximum) dont la source de rayonnement non ensemencée est égale à 2 nm et par conséquent est supérieure, du facteur 1000 à la largeur de la source de rayonnement dans le fonctionnement ensemencé, qui est égale à 0,02 nm. Pour les calculs, on a supposé un profil de raie gaussien avec une largeur à mi-valeur égale à 2 nm dans le cas d'un oscillateur OPO à large bande conforme à la figure 3a. Sur les figures 3a et 3b on a reproduit en abscisses la longueur d'onde en nm et en ordonnées la section d'absorp- tion [lE - 22 cm2]. La détermination des sections d'absorp- tion du H20 dans la plage spectrale correspondante est basée sur les paramètres des raies du bloc de données Hitran. Comme profil de la raie, on a supposé un profil de Lorentz, qui est une bonne approximation pour des mesures au sol. On a mesuré la largeur spectrale à mi-valeur de l'oscillateur OPO émis et cette valeur est inférieure à 0,02 nm. La largeur spectrale du rayonnement à vide non ensemencé et à large bande de l'oscillateur OPO est égale habituellement entre 1 à 3 nm pour la longueur d'onde uti- lisée. Des calculs types avec des largeurs de raies laser différentes de 0,5 à 5 nm dans cette plage spectrale ont révélé que la variation maximale de la section d'absorption indiquée précédemment est Aonouveau Le procédé décrit précédemment conforme à l'invention a été testé par le déposant en ce qui concerne la télédétection de la vapeur d'eau, au sol. En raison du caractère compact du prototype réalisé, on obtient mainte- nant un système pouvant être embarqué sur un avion et qui est utilisé dans le cas de campagnes de mesure météorolo- giques. De même ce procédé selon l'invention peut être étendu & tous les gaz à l'état de traces, qui sont acces- sibles avec la technique de détection DIAL et possèdent un système discret de bandes d'oscillation et de rotation dans la plage spectrale correspondante, comme par exemple pour le S02, le C02, le NOx et pour des composés d'hydrocar- bures. REVENDICATIONS 1. Procédé de télédétection de gaz à l'état de traces, caractérisé en ce que, moyennant l'utilisation du procédé DIAL (procédé utilisant un lidar à absorption dif- férentielle), a) on calcule la concentration N(R) de particules dans le gaz à examiner en fonction de la distance (R = R1 + AR/2) à l'aide de la relation DIAL InP.ff(R2)Po.(RI) N(R) = In Relation (1) 2 -a. AR Po.(R2)Pof (RI) AR représentant l'intervalle d'alignement formé par la dif- férence de deux distances R1 et R2, Pon(Rî), Poff(R1), Pon(R2) et Poff(R2) désignant les puissances de signaux de rétrodiffusion reçus à partir des distances (R1 et R2), et Ao désignant la section d'absorption différentielle effi- cace, avec (uv)[L(u - Uo.)- L(u - u.o#)]du _ = __ Relation (2) L(u)du v désignant la fréquence d'une raie spectrale sélectionnée du gaz & examiner, von la fréquence de sa raie d'absorption et Voff une fréquence de référence, c(v) étant la section d'absorption moléculaire et L(v) la distribution d'énergie spectrale d'une source de rayonnement, b) Pon est produite au moyen d'un rayonnement d'une source de rayonnement à bande étroite possédant la fréquence de raie d'absorption von du gaz à examiner, dont la largeur spectrale est inférieure à la largeur de la raie d'absorption, et c) Poff est produite avec un rayonnement d'une source de rayonnement à large bande ayant la fréquence de référence voff, dont la largeur spectrale est supérieure d'un multiple à la largeur de la raie d'absorption. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif d'émission (1) ayant une largeur de bande spectrale variable, qui comporte une source d'ensemencement (10), une source de rayonnement (11), un interrupteur (12) installé entre les deux sources et à l'aide duquel la source de rayonnement (11) peut être commutée en va-et- vient entre un fonctionnement avec ensemencement (à bande étroite), dans lequel un rayonnement possédant la fréquence d'absorption (von) est délivré, et un fonctionnement sans ensemencement (à large bande), dans lequel un rayonnement possédant une fréquence de référence (Voff) est délivré, et un dispositif de réception (2) pour des signaux de rétro- diffusion (Pon,Poff) qui proviennent de deux distances (R1,R2)- 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la source de rayonnement est un laser accor- dable, dans lequel des colorants ou des matériaux formant corps solides peuvent être utilisés en tant que milieu laser. 4. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la source de rayonnement est une source de lumière à conversion de fréquence non linéaire, tel qu'un premier oscillateur optique paramétrique (OPO). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 4, caractérisé en ce que la source d'ensemence- ment (10) est un laser à fonctionnement continu ou pulsé. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 4, caractérisé en ce que la source d'ensemence- ment (10) est un second oscillateur optique paramétrique (OPO) fonctionnant de façon continue ou pulsée. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 4 à 6, caractérisé en ce que la longueur d'onde de la source d'ensemencement (10) correspond soit à la lon- gueur d'onde du signal, soit à la longueur d'onde à vide de l'oscillateur optique paramétrique (OPO). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 7, caractérisé en ce que l'interrupteur (12) est un moyen de commutation mécanique, qui réalise une com- mutation en va-et-vient entre un fonctionnement avec ense- mencement et un fonctionnement sans ensemencement, pour l'interruption de l'ensemencement d'injection. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 7, caractérisé en ce que le commutateur (12) dévie le faisceau de la source d'ensemencement (10) à l'aide d'un milieu électro-optique ou acousto-optique. 10. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 8, caractérisé en ce que le commutateur (12) modifie la direction de polarisation du rayonnement de la source d'ensemencement (10) et que la source de rayonnement (11) est commutée en va-et-vient, sous l'effet de cette variation, entre un fonctionnement avec ensemencement et un fonctionnement sans ensemencement.