Les moyens d'observation

Les lidars et sodars

Lidars et sodars fournissent des mesures météorologiques, utiles en particulier sur les aéroports pour détecter les situations dangereuses pour les avions en phase d'approche : qualification des brouillards, détection d'aérosols (cendres volcaniques) ou modifications brusques d'intensité et de direction du vent.

Lidar, sodar et radar fonctionnent sur le même principe : une onde émise par l'appareil est réfléchie par la cible. Le temps mis par l'onde pour effectuer son aller-retour indique la distance de la cible, la modification de l'onde retour renseigne sur sa taille, sa nature et sa vitesse (effet Doppler). Radar, lidar et sodar se différencient par la nature de l'onde émise : onde électromagnétique pour le radar et le lidar et onde sonore pour le sodar.
 

Des lidars pour détecter les aérosols

 Depuis le début des années 2000, le lidar (light detection and ranging) est utilisé pour la détection les aérosols à la verticale de l'instrument, jusqu'à 12 km de hauteur. La lumière laser émise par l'appareil est diffusée par les aérosols rencontrés. L'analyse de la lumière renvoyée donne des informations sur la distance des particules, leur concentration et aussi leur nature car, en même temps qu'une particule réfléchit l'onde laser, elle la modifie de manière caractéristique. La très grande puissance et l'optique de précision du lidar lui permettent de détecter des particules extrêmement petites : molécules d'eau, de gaz carbonique, d'azote, poussière de sable provenant du désert, cendres volcaniques, polluants, etc. 
 

Mieux suivre les nuages de cendres volcaniques

Lors de l'éruption du volcan islandais Eyjafjallajökull en 2010, le trafic aérien a dû être interrompu, en particulier du fait de l'absence de données permettant d'évaluer l'état du nuage de cendre en temps réel. Depuis lors, Météo-France a lancé un projet de déploiement d'un réseau de lidars en métropole. 5 lidars fixes seront installés d'ici l'été 2016 sur le territoire français (à Momuy dans les Landes, Aléria en Haute-Corse, Trappes, Lille et Brest). Un sixième, mobile, sera installé à Toulouse, mais pourra être déplacé en cas de crise volcanique. Ces lidars permettront de mieux apprécier la répartition des cendres dans l'espace aérien de la métropole et d'apporter aux autorités une aide à la décision. Ils seront positionnés à proximité de photomètres mesurant l'intensité des rayons solaires. Cette intensité est d'autant plus faible que l'atmosphère est chargée en particules. Le croisement avec les mesures du lidar permettra une meilleure estimation de la catégorie de particules présentes et de leur concentration. Les données fournies par les lidars permettront aussi d'améliorer les prévisions du modèle MOCAGE de dispersion atmosphérique de Météo-France.

De la mesure des aérosols à celle du vent

Lidar avec scanner en position de tir vertical © Météo-France/Pascal TaburetUne autre version du lidar mesure le vent par effet Doppler à partir du déplacement des aérosols avec le vent. Ces lidars possèdent une tête mobile qui leur permet de faire un tour d'horizon et donc de mesurer les vents horizontaux sur un rayon d'une dizaine de kilomètres. Ils permettent aussi d'observer le vent sous forme de « coupes » verticales dans les directions choisies. C'est une mesure potentiellement  intéressante en aéronautique pour détecter les « cisaillements du vent », les changements brutaux de la force et/ou de la direction du vent. Bien positionnés, ils permettent d'obtenir des mesures dans l'axe d'arrivée des avions et d'anticiper ces phénomènes, potentiellement dangereux lors des phases de décollage ou d'atterrissage. Les lidars ont cependant une faiblesse : ils ne fonctionnent pas ou mal lorsqu‘il pleut, car les gouttes de pluie réfléchissent les ondes lumineuses.

 

Lidar avec scanner en position de tir vertical © Météo-France/Pascal Taburet

Le sodar pour mesurer le vent et le brouillard

Sodar à Roissy, mesure des profils de vent des basses couches © Météo-France/Pascal TaburetLe son émis par le sodar (Sonic detection and ranging) se propage à la verticale de l'instrument jusqu'à ce qu'il rencontre une différence de densité de l'atmosphère, généralement accompagnée d'un cisaillement de vent. Une partie de l'onde est alors renvoyée et captée par le sodar. Le temps du trajet permet de déduire la distance verticale de cette discontinuité des couches d'air et le glissement de fréquence permet de calculer la vitesse des couches de vent. Selon la fréquence d'émission sonore et la puissance de l'appareil, les sodars ont une portée efficace maximale de 1000 mètres. 

Sodar à Roissy, mesure des profils de vent des basses couches © Météo-France/Pascal Taburet

Météo-France dispose d'un sodar sur la plateforme aéroportuaire de Roissy.