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 Prélèvement d'air en altitude par des chercheurs du LSCE-LMD
 
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Voir aussi : Vol d'une radiosonde - L'écoute des radiosondes - Le radiosondage - Le parachute - Les enveloppes de ballons-sondes -


  Les radiosondes ne servent pas uniquement à mesurer les vents ou la température et l'humidité de l'air jusqu'à plus de trente kilomètres de hauteur pour les besoins de la météorologie. Il n'est pas rare qu'une banale radiosonde comme la M10 soit associée à une nacelle renfermant une expérience scientifique comme simple auxiliaire de positionnement dans l'espace grâce à son récepteur GPS embarqué. Cela ne l'empêche pas de mesurer et de transmettre les données relatives à l'état de l'atmosphère, bien sûr.
  Dans la région d'Orléans, en octobre 2016, une équipe de chercheurs du LSCE et du LMD ont lâché toute une série de radiosondes qui ont été entendues et décodées dans une grande partie de la France. Ces M10 participaient à une série de mesures à l'aide d'un dispositif particulièrement astucieux. Ces travaux sont effectués dans le cadre d'ICOS (voir note [1])

L'expérience

  On n'en est plus à l'époque où Louis Paul CAILLETET [2] proposait un système automatique emporté par un ballon-sonde pour aller prélever de l'air dans la stratosphère. Une bouteille de verre soigneusement vidée de son air était ouverte à une certaine altitude puis refermée grâce à un robinet dont le fonctionnement était souvent perturbé par le froid stratosphérique.
  Aujourd'hui l'équipe composée de chercheurs du LSCE (Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement) et du LMD (Laboratoire de Météorologie Dynamique) utilise un appareil très particulier qui effectue un prélévement d'air en continu, depuis le sol jusqu'à plus de 30000m mais, à la place d'un bocal en verre, le réservoir a une forme très originale : celle d'un tube en acier de 70 mètres de longueur.
 En fait le tube est composé de deux parties : une première section de diamètre 8mm et d'une longueur de 23m et une seconde d'une diamètre de 4mm et de 46m de long. Les deux sections sont mises bout-à-bout à l'aide d'un raccord en laiton. La masse totale de la nacelle ne dépasse pas 3 kg car l'épaisseur des tubes est de 0,1mm. Le volume d'air recueilli est de l'ordre de 1,6 litre.
  Ce tube est bouché à une extrémité et fermé par une vanne à l'autre ; il est enroulé sur une bobine, ce qui explique la forme annulaire de la charge utile. Pendant tout le vol, la vanne est ouverte, ainsi, pendant la montée, le gaz contenu dans le tube s'échappe et on peut considérer que ce dernier est vide au sommet de la trajectoire. Lors de la descente sous parachute, l'air va pénétrer à nouveau progressivement dans le tube, poussé par la pression atmosphérique. Au fond du tube on trouvera donc un résidu du gaz initial, puis l'air des plus hautes couches et, près de la vanne (fermée automatiquement en arrivant au sol), sera conservé l'air que respirera l'équipe de récupération de l'appareil.
  Le volume d'air ainsi récupéré (1,6 dm3) a tout d'une "carotte" comme celles obtenues par les géologues en forant le sol. Le terme employé par ces spécialistes de l'atmosphère est d'ailleurs celui de carotte (AirCore, voir [3]). Le petit diamètre du tube limite les mouvements des molécules et l'air constituant la carotte peut être considérée comme figé si le temps qui sépare le moment du prélèvement de celui de l'analyse est relativement court. Pour l'équipe du LSCE-LMD ce sont les gaz à effet de serre qui sont intéressants : dioxyde de carbone, méthane et bien sûr vapeur d'eau. L'échantillon est traité ensuite par un analyseur qui fournit le profil de l'atmosphère traversée par la sonde avec la teneur de chacun des gaz. Ces mesures permettront, entre autres, de valider celles obtenues depuis l'espace par les satellites comme OCO-2 [4].

 
 Le tube de prélévement. (Photo : LSCE-LMD)    Le petit boîtier de couleur rose-orangé contient le système de mesure de la température par thermistances à différents niveaux du tube. (Photo : F6GVH)



La chaîne de vol

  Vu la masse de l'appareil, c'est un gros ballon, un 2000g de chez Stratoflights et un parachute grand modèle type 2500 du même fournisseur qui sont utilisés. La charge utile a une masse totale inférieure à 3,5kg.
  C'est avec une M10 que la position de l'attelage est transmise et enregistrée au sol. Lors de la campagne de février 2017 deux ballons sont lâchés à une demi-heure d'intervalle dans le but d'effectuer deux prélévements dont les carottes seront étudiées sur deux analyseurs différents. Pour éviter les interférences, deux fréquences ont été utilisées : 402.6 et 402.8 MHz. Comme on peut le voir sur la photo ci-jointe (auteur : LSCE-LMD), la radiosonde est en bout de chaîne.

Les sondages

  Une première campagne a eu lieu en octobre 2016 à Traînou (47.97 / 2.09) et une deuxième en février 2017 à Seichebrières (47.968 / 2.266), deux villages du Loiret (45) situés à 10 et 15km au nord-est d'Orléans. Traînou a été choisi car sur cette commune sont effectuées en permanence des mesures atmosphériques à 5m, 50m, 100m et 180m sur un pylône de télécommunications.

Consignes en cas de découverte

  La récupération des appareils est assuré par l'équipe de scientifiques qui coiffent pour la circonstance la casquette de chercheurs... de radiosondes. Etant donné la fragilité des appareils et le coût de chaque sondage, il est fortement recommandé aux chasseurs de RS (et à tout citoyen qui découvrirait le ballon au sol) de ne pas toucher à la chaîne de vol et d'attendre l'arrivée de ses propriétaires. Un tracker GSM est ajouté à la chaîne de vol pour le cas ou la RS serait défaillante.

Notes

1 : ICOS (integrated Carbon Observation System) est un réseau d'observation des flux de gaz à effet de serre sur le long terme.
2 : Dans les années 1890 une des questions qui préoccupaient les phyciciens était la composition de l'air aux très hautes altitudes. Voir Les "Aérophiles", ballons-sondes des années 1890  
3 : AirCore Atmospheric Sampling System sur le site de la NOAA
4 : Orbiting Carbon Observatory, OCO-2 sur le site de la NASA. Pour cartographier de façon globale les puits et les sources de gaz à effet de serre, d'autres satellites seront lancés : MicroCarb en 2020 pour le CO
2 et MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission) pour le CH4 en 2021.


Remerciements

- A Céline Lett du LSCE/LMD pour les informations et les photos
- A Michel F6GVH pour ses photos.
- A Gérard F6FAO pour ses infos.