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Voir aussi : Le radiosondage :
généralités - Les débuts
du radiosondage 1920-1945 - Le
Wettermuseum de Lindenberg -
Les premiers "plus légers que l'air"
C'est en observant la fumée
monter dans sa cheminée que Joseph MONTGOLFIER imagina
en 1782 l'utilisation de la force ascensionnelle de l'air chaud
pour soulever une masse. Il réussit à convaincre
son père et ses frères papetiers à Annonay
de fabriquer une enveloppe en tissu puis une plus grande en papier
pour vérifier ses hypothèses. Après un essai
concluant le 25 avril 1783 la première expérience
publique d'aérostation eut lieu le 4 juin 1783 (photo ci
contre) ; ce fut un immense succès.
A Paris, Jacques Alexandre CHARLES et Marie-Noël ROBERT ont
entendu parler de la machine des frères Montgolfier. Ils
s'activent à réaliser un ballon qui, rempli de "gaz
inflammable" (que Lavoisier n'avait pas encore baptisé
"hydrogène"), découvert par le physicien
anglais Henry Cavendish en 1766, devait s'élever grâce
à la différence de densité entre ce gaz et
l'air. Le 27 août 1783, après quelques péripéties,
le ballon décolle du Champ-de-Mars pour atterrir 16 kilomètres
plus loin, à Gonesse (95). Le grand public se passionne
pour ces expériences en attendant de voir un homme s'affranchir
de la pesanteur.
Premiers vols habités
Voler comme un oiseau est l'un des plus vieux rêves humains.
Après leur exploit de juin 1783, les frères Montgolfier
ont préparé une enveloppe capable de soulever une
charge utile de plusieurs dizaines de livres (on ne parlait pas
encore en kilogrammes). Sans attendre, ils se mettent au travail
et, le 19 septembre 1783, le premier vol habité avait lieu,
le ballon à air chaud construit pour la circonstance emportait
un mouton, un canard et un coq à 500 mètres d'altitude.
Le retour au sol des animaux s'étant effectué sans
problème pour les passagers, le moment était venu
de tenter l'expérience avec un être humain.
Après plusieurs vols captifs, la montgolfière étant
retenue au sol par des cordes, le premier vol piloté de
l'histoire eut lieu à Paris le 21 novembre 1783, avec Jean-François
Pilâtre de Rozier et le marquis François Laurent
d'Arlandes. Il dura 25 mn pendant lesquelles le ballon et
ses deux occupants parcoururent 9 kilomètres.
Le 1er décembre 1783 Jacques Charles et Marie-Noël
Robert s'envolent dans un ballon à gaz. L'aérostation
passionne alors le public et devient l'objet de manifestations
festives rassemblant des milliers de personnes.
Le ballon fut très tôt
utilisé par les scientifiques, comme Jean-Baptiste Biot
et Louis Joseph Gay-Lussac qui effectuent en 1804 une ascension
jusqu'à 4000 mètres dont le but est d'étudier
le champ magnétique terrestre en altitude. De nombreuses
autres expériences ont lieu au cours du XIXème siècle
qui se sont parfois mal terminées, comme celle du Zénith
à Ciron (36) le 16 avril 1875, où deux des trois
aéronautes, Théodore Sivel et Joseph Crocé-Spinelli,
moururent asphyxiés à près de 8000 mètres
d'altitude.
Le 25 septembre 1852 Henri Giffard effectue le premier vol en
ballon dirigeable gonflé au gaz d'éclairage (photo
ci-contre). Il est mû par un moteur à vapeur
de 150 kg. Les risques présentés par la proximité
de la chaudière et du ballon rempli de gaz inflammable
(quand ce n'est pas de l'hydrogène) mais aussi les variations
de la masse de la charge soulevée (à cause de la
combustion du charbon et de l'évaporation de l'eau) limitent
le développement du dirigeable à cette époque.
Le premier ballon sonde
Avant l'avénement des ballons-sondes, les mesures à
basse altitude (inférieure à 300 m) étaient
pratiquées avec des cerfs-volants ou des ballons captifs.
Pour les plus hautes altitudes elles étaient effectuées
exclusivement par des opérateurs aéronautes. Les
accidents n'étaient pas rares et les moyens requis étaient
importants et coûteux. C'est pour ces raisons que le 11/10/1892
Gustave Hermite et Georges Besançon tentent et réussissent
le premier lâcher de ballon-sonde. Il s'agit d'un ballon
de baudruche emportant un barographe de construction très
simple. Il est basé sur l'utilisation d'une capsule anéroïde
qui fait se déplacer un style laissant une trace sur un
disque recouvert de noir de fumée. Ce premier ballon-sonde
monta à 1200 m d'altitude et parcouru 75 km.
Cette expérience fut la première d'une série
menée par l'Union aérophile de France. "Aérophile"
était le nom portés par les ballons lâchés
dans le cadre de cette campagne, des altitudes de plus de 8000
mètres ont été atteintes. Quelques mois plus
tard les Allemands tentent des expériences semblables pour
mesurer à la fois la température et la pression.
Le nom de code des ballons utilisés est "Cirrus".
Ils atteignent l'altitude de 16000 m et mesurent des
températures de -50 degrés. A partir de 1896 ont
lieu des essais communs entre l'Allemagne, la France et la Russie.
Le nom des ballons utilisés lors de cette campagne scientifique
est "Strasbourg".
Léon Teisserenc de Bort, météorologiste français
travaillant au Bureau Central Météorologique, fonda
en 1896 son propre Observatoire de Météorologie
à Trappes (78). Dans le cadre de ses études de l'atmosphère,
il effectua plus de 200 lâchers de ballons-sondes qui lui
permirent de prouver l'existence d'une couche (la stratosphère)
située au dessus de la troposphère et où
la température remonte avec l'altitude au delà d'une
limite (la tropopause) dont il a mis en évidence les variations
d'altitude en fonction de la saison et de la position géographique.
Ces ballons-sondes emportaient un matériel enregistreur
(température, pression), le météographe,
qui conservait sous forme de tracés les valeurs mesurées.
Après éclatement, la nacelle redescendait sous parachute
et attendait patiemment qu'un promeneur, un paysan ou un bûcheron
la retrouve et la renvoie à l'expéditeur.
Le développement de l'aviation permit des mesures à
basse et moyenne altitude en confiant des météographes
aux avions. Il était alors possible de récupérer
rapidement un grand nombre de mesures pour un coût relativement
faible. Une autre technique pour obtenir rapidement des mesures
dans la partie basse de la troposphère était l'utilisation
de ballons captifs ou de cerfs-volants emportant un météographe,
mais les prévisionnistes demandaient plus de données
concernant les altitudes supérieures à 5000 mètres,
le ballon-sonde était la seule solution.
La première radiosonde
C'est aussi en France que la première radiosonde a été
lâchée. Le 8 mars 1927 le physicien Pierre Idrac
et le météorologiste René Bureau installent
un émetteur à tube électronique dans un ballon-sonde,
ils prouvent ainsi qu'il est possible de recevoir les signaux
émis depuis la stratosphère. Encouragé par
ce succès, Robert Bureau travaille à la réalisation
d'une radiosonde capable de retransmettre au sol les informations
de température et de pression en fonction de l'altitude.
Le lâcher de la première radiosonde de l'histoire
eu lieu le 17/01/1929 . Elle atteint l'altitude de 13000 mètres.
Evolution des radiosondes
L'exemple de Robert Bureau fut
très rapidement suivi en janvier 1930 par le Soviètique
Pavel Molchanov et l'Allemand Paul Duckert en mai 1930 puis, en
décembre 1931, par le Finlandais Vilho Väisälä,
le fondateur du plus important constructeur actuel de radiosondes.
En 1936 un réseau était organisé aux USA
qui permit de pratiquer des mesures cohérentes et coordonnées
sur une vaste échelle.
Les mesures de vents étaient effectuées dès
les années 40 à l'aide de radiothéodolites
qui mesuraient manuellement les déplacements de la radiosonde
en utilisant les principes que nous connaissons en radiogoniométrie.
Par la suite les mouvements des radiosondes ont été
suivis par des radars, ou encore grâce à l'utilisation
du système de navigation LORAN-C et enfin avec l'aide du
GPS.
Les premières radiosondes utilisaient un émetteur
VHF utilisant un tube et le codage des données avant transmission
était assuré par des mouvements d'horlogerie, des
systèmes mécaniques astucieux, légers et
assez imprécis (photo ci-contre).
Les performances des RS ont suivi
l'évolution de la technologie avec l'apparition dans les
années 60 des émetteurs à transistors et
dans les années 80 des modules construits à partir
de circuits intégrés. Les PIC et autres microcontrôleurs
sont maintenant couramment utilisés dans les radiosondes.
Les capteurs ont beaucoup évolués pour une meilleure
fiabilité, une plus grande précision et un coût
très bas. La photo ci-contre montre le capteur barométrique
et une partie de la platine de mesure d'une RS92-KL. On peut mesurer
le chemin parcouru en comparant la photo précédente
avec celle-ci. Cinquante ans les séparent.
Le décodage des mesures, qui nécessitait autrefois
de fastidieux calculs, est rapidement effectué par un micro-ordinateur
qui transmet ensuite ses résultats par Internet à
une base de données mondiale, celle qui nous permet d'effectuer
des calculs prévisionnels
de trajectoire.