Spectres d'absorption de gaz moléculaires

L'un des aspects les plus délicats de la physique du rayonnement est la réprésentation des spectres d'absorption des milieux gazeux. Ces spectres se présentent comme des superpositions de raies d'absorption, chaque raie correspondant à une transition entre deux états d'une molécule du mélange gazeux. Une représentation précise de la vapeur d'eau ou du dioxyde de carbone dans l'infrarouge nécessite typiquement la prise en compte de plusieurs milions de transitions, ce qui est à l'origine de deux difficultés :

• les temps de calculs sont rapidement tellement élevés que lorsque l'on cherche à simuler numériquement le transfert radiatif dans un système réaliste, il est souvent impossible d'utiliser les spectres hautes résolution sans simplification préalable (même pour les calculs de référence);
• même lorsque les calculs à haute résolution sont possibles, il reste extrèmement difficile de proposer des analyses synthétiques des transferts à partir de la seule image physique de milions de raies d'absorption d'intensités toutes différentes, se superposant l'une l'autre, évoluant différemment avec la température, etc.

Ces deux difficultés peuvent être partiellement contournées en faisant appel à des modèles de bande : les modèles de bande étroite (les plus précis) et les modèles de bande large (les plus synthétiques).

Dans ce qui suit nous mettons l'accent sur l'accès aux spectres haute résolution (avec une banque de spectres haute résolution et un ensemble de logiciels permettant de consrtuire de nouveaux spectres haute résolution à partir des banques de données de transition disponibles), le modèle de bande étroite de Malkmus, les modèles de bande étroite formulés en k-distribution, et une selection de quelques uns parmis les modèles de bande large les plus communément employés.

Un ensemble d'illustrations est diponible ici (spectres hautes résolution et comparaisons avec les modèles de bande).