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Développement d’un prototype aéroporté pour la mesure de la taille de gouttes dans les nuages

Dans le cadre du projet européen EUFAR (EUropean Facility for AirborneResearch 2008-2013) piloté par Météo France, il a été réalisé un prototype aéroporté pour la mesure de la taille de gouttes dans les nuages.

Le développement de l’instrument a été réalisé par un consortium constitué de l’Institut de Radioprotection et Sureté Nucléaire de Saclay, le Van Karman Institute de Bruxelles, la société toulousaine COMAT et le laboratoire CORIA du CNRS situé au Technopôle du Madrillet à Rouen et membre de Normandie AeroEspace.

Des premiers essais en vol ont pu être réalisés sur un ATR 42 du Service des Avions Français Instrumentés pour la Recherche en Environnement [1].

sonde aéroportée

Figure 1 : sonde aéroportée réalisée et son installation sur un ATR 42

La gamme de taille de gouttes entre 20 et 200 microns est particulièrement importante pour la compréhension de la physique de l’atmosphère, en particulier des phénomènes à l’origine des précipitations.

Or aucun instrument fiable ayant un volume de mesure suffisamment important n’existe actuellement.

Un premier prototype basé sur l’imagerie interférométrique de gouttes a été réalisé. Après des phases de design, de construction, de tests de résistance, et de calibration en laboratoire, le prototype a pu être installé sur un ATR 42 et testé en vol, fournissant de premières images de gouttes.

Avec un instrument laser de ce type, une goutte d’eau se visualise sous la forme de franges d’interférences dont la fréquence fournit la taille des gouttes [2].

Image interférométrique aéroportée

Figure 2 : Image interférométrique aéroportée d’une goutte de 65 microns

L’un des intérêts de cette technique est de pouvoir utiliser des traitements d’images rapides capables de délivrer un histogramme des tailles de gouttes à partir d’une transformée de Fourier des images interférométriques [3]. Lors, de son premier vol, la sonde a montré son aptitude à fonctionner en condition aéroportée.

A l’issue de ce projet, un nouveau consortium a été créé pour la réalisation d’un prototype capable de mesurer également la taille de cristaux, à partir de l’analyse d’images de speckle [4,5]. En attendant la suite.

Contact au CORIA : Marc Brunel (marc.brunel@coria.fr)

Références :

[1] E. Porcheron, P. Lemaitre, J. van Beeck, R. Vetrano, M. Brunel, G. Gréhan, L. Guiraud, “Development of a spectrometer for the airborne measurement of droplet sizes in clouds » J. Europ. Opt. Soc.: Rap. Public 10, 15030 (2015).

[2] A. R. Glover, S. M. Skippon, and R. D. Boyle, “Interferometric laser imaging for droplet sizing: a method for droplet-size measurement in sparse spray systems,” Appl. Optics 34, 8409–8421 (1995).

 [3] A. Quérel, P. Lemaitre, M. Brunel, E. Porcheron, and G. Grehan, “Real-time global interferometric laser imaging for the droplet sizing (ILIDS) algorithm for airborne research,” Meas. Sci. Technol.21, 015306 (2010).

 [4] M. Brunel, H. Shen, S. Coëtmellec, G. Gréhan, T. Delobel , “Determination of the size of irregular particles using interferometric out-of-focus imaging” International Journal of Optics, Article ID 143904 (2014).

[5] M. Brunel, S. Gonzalez Ruiz, J. Jacquot, J. van Beeck, “On the morphology of irregular rough particles from the analysis of speckle-like interferometric out-of-focus images”. Opt. Commun. 338, 193-198 (2015).