Capteur de gouttelettes

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Un module de disdromètre de recherche, le cercle dans le carré de mousse, dans les Everglades

Un capteur de gouttelettes, ou disdromètre, est un instrument utilisé en météorologie pour mesurer la distribution de diamètre des hydrométéores ainsi que leur vitesse de chute. La distribution de diamètre et le nombre de particules de chaque diamètre permet de calculer le taux de précipitations ce qui aide dans l'étalonnage des appareils de télédétection comme le radar météorologique. La vitesse de chute est reliée, quant à elle, à la phase des précipitations, on peut distinguer avec cet appareil la pluie, de la bruine, de la neige, de la grêle ou du grésil sans observateur humain. Cet appareil est utilisé en recherche, dans les stations météorologiques automatiques ou comme capteur de précipitations le long des pistes d'aéroports.

Principe[modifier | modifier le code]

Capteur de gouttelettes par impact

Il existe deux types de capteur de gouttelettes : par impact ou optique.

Par impact

Le premier type, représenté par la photo du début de l'article et celle à droite, est un capteur de force qui transforme le choc causé par l'énergie cinétique de l'hydrométéore s'y écrasant en une impulsion électrique dont l'amplitude est proportionnelle à sa masse et sa vitesse de chute. En sachant la vitesse par un autre instrument, comme un profileur de vents, on peut en déduire son diamètre.

Ce genre de disdromètre est conçu pour les précipitations liquides. La forme légèrement conique de la plaque mobile jaune sur le dessus de l'appareil permet aux précipitations de s'écouler pour laisser place aux gouttes subséquentes. Dans le cas de neige, il serait peu utile à cause de la faible masse des flocons et l'angle d'impact dû au transport par le vent.

Optique

L'idée générale du second type est d'utiliser un faisceau lumineux qui sera coupé par le passage de l'hydrométéore. On met ainsi un émetteur et un capteur horizontalement avec un espace entre les deux pour le passage des précipitations. On peut utiliser la lumière visible, l'infrarouge ou même les micro-ondes. Afin de minimiser la diffusion de la lumière par l'air et les précipitations, on utilise maintenant le plus souvent des lasers.

Lors du passage d'une goutte au travers du faisceau lumineux, l'énergie lumineuse reçue par la photodiode du capteur décroît. L'amplitude et la durée du signal occasionné par le passage de la goutte sont proportionnelles respectivement à la section verticale et au temps de résidence (vitesse de chute) de la goutte dans le volume lumineux. L'amplitude du signal de sortie résultant est donc proportionnelle au diamètre équivalent de la cible (diamètre fois vitesse). La vitesse de chute de la goutte au travers du faisceau est déduit du rapport entre la hauteur du faisceau et la durée du signal (i.e. le temps de résidence). Cette estimation fait l'hypothèse que la goutte a traversé perpendiculaire le faisceau[1]. Ce genre de capteur peut être utilisé pour mesurer tous les types de précipitations, autant solide que liquide.

En disposant deux appareils de ce type à angle droit l'un de l'autre, on obtient une vue à deux dimensions des hydrométores passant dans leurs faisceaux. En utilisant une caméra au lieu d'un capteur de lumière dans chaque appareil, on peut obtenir des images de chaque cible individuellement. On peut l'utiliser pour étudier la forme des gouttes de pluie selon leur diamètre ou la forme des flocons de neige selon la température extérieure[2].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (fr) Christian Salles, et al., « Un disdromètre optique pour l'observation de la granulométrie de la pluie au sol. », Atelier Expérimentation et Instrumentation 2004, CNRS,‎ 22 juin 2004 (consulté le 2008-07-27)[PDF]
  2. (en) Anton Kruger, « 2-D Video Disdrometer Overview », Iowa Institute of Hydraulic Research, Université de l'Iowa,‎ 27 février 2008 (consulté le 2008-07-27)[PDF]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Donnadieu G., G. Dubosclard et S. Godard, 1969 : Un pluviomètre photoélectrique pour la détermination simultanée des spectres dimensionnel et de vitesse de chute des gouttes de pluie. J. Rech. Atmos., IV, 37-46.
  • Klaus V., 1977 : Étude d'un spectropluviomètre photoélectrique fournissant en temps réel des paramètres intégrés. Ph.D. dissertation, Université Paris VI. 96 p.
  • Labarbe, p. 2002. Contribution à la métrologie des vitesses de chute d'hydrométéores. Stage de recherche Magistère inter universitaire de Physique, LTHE, Grenoble.
  • Paccalet-Magat L., 1991 : Développement et utilisation d'un pluviomètre optique. ENSERG. Projet de fin d'études. 56 p.
  • Picca B. et G. Trouilhet, 1964 : Un pluviogranulomètre photoélectrique (A photoelectric raindropsize spectrometer). J. Rech. Atm., 7, 184-188.
  • Salles C., 1995 : Microphysique de la pluie au sol : Mesures par Spectro-Pluviomètre Optique et méthodes statistiques d'analyse spectrale et de simulation numérique. Thèse de Doctorat. Université Joseph Fourier (Grenoble1). 212 p.
  • Verhée N., 1990 : Analyse d'un pluviomètre optique et application à la disdrométrie. ENSERG. Projet de fin d'études réalisé au LTHE. 107 p.