Aerosol Plume Characterization From Multitemporal Hyperspectral Analysis

Caractérisation de panache d'aérosols par analyse multi-temporelle de données hyperspectrales

Pierre-Yves Foucher (1) , Philippe Déliot (1) , Laurent Poutier (1) , Olivier Duclaux (2) , Valentin Raffort (3) , Yelva Roustan (3) , Brice Temime-Roussel (4) , Amandine Durand (4) , Henri Wortham (4)

1 DOTA, ONERA, Université de Toulouse [Toulouse]
2 CReS - TOTAL, Centre de recherche de Solaize
3 CEREA - Centre d'Enseignement et de Recherche en Environnement Atmosphérique
4 LCE - Laboratoire Chimie de l'environnement

In this paper we focus on airborne hyperspectral imaging methodology to characterize PM (Particulate Matter) near industrial emission sources. Two short-term intensive campaigns were carried out in the vicinity of a refinery in the South of France, in September 2015 and February 2016. Different protocols of in-situ PM measurements were performed, at stack measurements (flow rate and offline chemical analysis) and on-line measurement at the refinery border (size distribution, concentration and chemistry of aerosols). A multi temporal methodology to retrieve aerosol type, to map the aerosol concentration and to quantify mass flow rate from airborne hyperspectral data is described in this paper. This method applied to the refinery detected plume from the main stack yields a black carbon to sulfate ratio of 10/90 in mass inside the plume, with an average size distribution smaller than 100 nm. These results are in a good agreement with on-line analysis of aerosols at refinery border. The resulting quantitative map with a metric spatial resolution leads to a flow rate estimated of about 1g/s and is in a good agreement with in-situ stack measurements and modelling.

Ce papier propose une méthodologie de caractérisation des PM (Particulate Matter) proches des sources industrielles par imagerie hyperspectrale aéroportée. Il s’appuie sur deux campagnes de mesures réalisées autour d’une raffinerie dans le sud de la France en Septembre 2015 et Février 2016. Différents protocoles de mesures in-situ des PM ont été réalisées dans ce cadre, mesures au niveau de l’émissaire principal (debit et analyse chimique) et mesures on-line au voisinage de la raffinerie (distribution en taille, concentration et analyse chimique). Une méthodologie multi-temporelle dédiée à l’inversion des types d’aérosols présents dans le panache permettant de fournir une carte en concentration d’aérosols et d’estimer le débit est décrite dans ce papier. Appliquée à ce cas d’étude, les resultats hyperspectraux ont permis d’estimer un rapport suie/sulfate de 10/90 en masse dans le panache avec une distribution en taille inférieure à 100nm. Ces résultats sont en bon accord avec les mesures in-situ. Les cartes en concentration obtenue à une resolution métrique permettent d’estimer un debit de l’ordre de 1g/s en bon accord avec les mesures in-situ au niveau de l’émissaire et avec les résultats de modélisation de dispersion des aerosols.

Mots clés: MODEL; HYPERSPECTRAL; MULTITEMPORAL; AEROSOLS; AIRBORNE

Mots clés: AEROSOL; AEROPORTE; HYPERSPECTRAL; MODELE; MULTITEMPOREL

Domaines: Traitement du signal et de l'image [eess.SP]; Ingénierie de l'environnement

Pierre-Yves Foucher, Philippe Déliot, Laurent Poutier, Olivier Duclaux, Valentin Raffort, et al.. Aerosol Plume Characterization From Multitemporal Hyperspectral Analysis. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2019, 12 (7), pp.2429-2438. ⟨10.1109/JSTARS.2019.2905052⟩. ⟨hal-02296714⟩