L'aérologie (prononcé A-érologie) (du grec : άέριος (aerios) « dans l'air, haut »[1] et -logie), également connue sous le nom de météorologie de haute altitude, est la branche de la météorologie qui traite de l'étude des couches supérieures de l'atmosphère terrestre (stratosphère, mésosphère, thermosphère). Le terme aérologie a été inventé par Wladimir Köppen en 1906.
L'aérologie, branche de la météorologie, surveille, étudie et documente l'atmosphère libre à l'aide de ballons (sondes ballons), d'avions, de radiosondes, de fusées et de satellites météorologiques ainsi que de radars terrestres (profileurs de vent), de lidar, de radars à micro-ondes, dont tous les appareils de mesure météorologiques enregistrent les paramètres atmosphériques et les transmettent par radio. Sans une exploration tridimensionnelle continue et une documentation de l’état actuel de l’atmosphère libre, en particulier de la troposphère, ni des conseils efficaces en matière d’aviation ni une compréhension et des prévisions fondamentales de la météo ne seraient possibles.
C’est pourquoi la communauté internationale prend des mesures. Les pays réunis au sein de l’OMM continuent de déployer de grands efforts pour combler les lacunes en matière d’informations aérologiques dans le monde entier en développant des systèmes modernes d’observation aérologique et des stratégies d’évaluation, et ainsi optimiser les conseils et les prévisions météorologiques.
radiosonde
Ballon à hydrogène avec réflecteur
Une radiosonde est utilisée en météorologie et en aérologie pour mesurer les paramètres de l'atmosphère terrestre jusqu'à des altitudes d'environ 20 km à 30 km (stratosphère). Il est transporté par un ballon météo et transmet les valeurs mesurées telles que la température de l'air et son gradient ainsi que l'humidité à la station au sol via des données radio. Pour les sondes avec récepteurs GPS intégrés, également la position de la sonde. Dans certains types, l'altitude est déterminée par une mesure continue de la pression atmosphérique et du GPS.
Les sondes à ballonnet sont également utilisées dans d'autres domaines - voir sonde à ballonnet (instrument de mesure), dont certaines atteignent des hauteurs encore plus grandes. Le record d'altitude pour les radiosondes est d'environ 39 km ou 2,5 hPa (Service météorologique allemand).
Définition]
Une radiosonde ou radiosonde (en anglais radiosonde) est – telle que définie par l'Union internationale des télécommunications (UIT) dans le Règlement des radiocommunications[1] – un émetteur radio automatique du service radio météorologique, qui est généralement transporté dans un aéronef, un ballon libre, sur un parachute ou un cerf-volant et qui transmet des caractéristiques météorologiques.
Histoire
Depuis le début des années 1890, des ballons météorologiques sans pilote, appelés ballons enregistreurs, transportent dans l'atmosphère des instruments de mesure auto-enregistrés. Par rapport aux vols en montgolfière habités, ces vols présentaient un avantage de coût significatif. De plus, des hauteurs inaccessibles aux humains dans des paniers ouverts ont été atteintes, malgré l'apport d'oxygène. Cependant, les valeurs mesurées ne pouvaient être lues qu'avec un certain délai et seulement si l'instrument qui était revenu au sol était également retrouvé. L'un des pionniers du sondage atmosphérique à l'aide de ballons météorologiques était le météorologue allemand Hugo Hergesell. En tant que chef de la Commission internationale pour l'aéronautique scientifique, il a appelé à la construction d'instruments légers adaptés à l'utilisation en ballon. Reconnaissant très tôt le potentiel de la télégraphie sans fil, il tenta de transmettre par radio des enregistrements d'instruments de ballon dès 1908, mais échoua en raison des possibilités techniques encore insuffisantes. Le terme « radiosonde » remonte à Hergesell.
En 1917, Max Robitzsch et Friedrich Herath (1889–1974) en Allemagne et Pierre Idrac (1885–1935) en France ont réussi à envoyer au sol les valeurs mesurées à partir d'instruments attachés à des cerfs-volants météorologiques via le fil du cerf-volant. Cependant, les cerfs-volants ne pouvaient pas atteindre les hauteurs atteintes par les ballons météorologiques et ils ne pouvaient pas être utilisés dans toutes les conditions météorologiques.
En 1921, Paul Duckert (1900–1966) commença à travailler sur le développement de la radiosonde à l'observatoire aéronautique de Lindenberg, dont le directeur était Hergesell. Une première étape fut réalisée en 1926 par le double suivi d'un émetteur radio fixé au ballon afin de déterminer sa trajectoire et sa vitesse. Des expériences similaires ont également été menées par William Blair aux États-Unis. À la fin des années 1920, plusieurs météorologues travaillaient avec les premiers prototypes de radiosondes.
Le 7 janvier 1929, Robert Bureau (1892–1965) réussit pour la première fois à capter les signaux d'une radiosonde à Trappes, qui transmettait des valeurs de température de l'atmosphère libre. Au printemps de la même année, il ajouta un baromètre à la sonde. Cependant, le météorologue soviétique Pavel Molchanov (1893-1941) est souvent considéré comme l’inventeur de la radiosonde. Sa radiosonde, lancée avec succès pour la première fois le 30 janvier 1930, est devenue la référence pour le développement futur. La sonde mesurait la température et la pression et transmettait les valeurs codées en code Morse au récepteur. Le 22 mai 1930, Duckert a suivi avec une sonde développée indépendamment qui pouvait mesurer l'humidité ainsi que la température et la pression. La sonde a transmis des mesures jusqu'à l'éclatement du ballon à plus de 15 km d'altitude.
Au cours du voyage arctique du Zeppelin LZ 127, Moltschanow lança plusieurs radiosondes en juillet 1931. La nouvelle technologie fut utilisée de manière extensive et systématique pendant l'Année polaire internationale 1932/33. Le Finlandais Vilho Väisälä, qui lança sa première radiosonde le 30 décembre 1931, commença la production commerciale en 1936.
La radiosonde a été perfectionnée en 1942 par Josef Graw de Berlin. La conversion des valeurs mesurées en code Morse s'effectue dans la sonde Graw par les pointeurs des instruments de mesure balayant un motif de matériau conducteur qui est appliqué sur un rouleau rotatif, le rouleau Graw Morse.[2]
Le capteur et la partie codage d'une radiosonde des années 1960 montrés à droite montrent
• Capteur de température (supérieur, bimétallique)
• Cellule de pression (à gauche sous l'angle de la tôle)
•Base de temps (mouvement de montre de poche, juste à l'extérieur)
•Encodeur pour température et humidité (cylindre en PVC rouge avec bobine de fil de contact)
• Codeur pour la pression d'air (barre de papier dur avec bande de contact, juste derrière le cylindre)
Le capteur d'humidité (hygromètre à cheveux), la batterie et l'émetteur de télémétrie (émetteur à tube UHF avec une triode) ne sont pas visibles sur la photo.
Technologie
Les capteurs de la radiosonde mesurent divers paramètres tels que la température, la pression atmosphérique et l'humidité pendant l'ascension du ballon et transmettent en continu ces données de mesure à la station au sol via une transmission de données radio. Des sondes d’ozone spéciales peuvent également mesurer la concentration d’ozone. La transmission des données est réalisée avec une bande passante d'environ 20 kHz dans la gamme de fréquences de 400 MHz à 410 MHz ; la fréquence exacte (canal) peut être réglée avant le départ. Il existe également des radiosondes qui transmettent des données dans la gamme de fréquences de 1,68 GHz.
Les sondes et surtout les batteries sont logées dans un boîtier en mousse de polystyrène pour l'isolation thermique ; à l'extérieur, il n'y a qu'une antenne filaire et des capteurs.
Aujourd'hui, on utilise des radiosondes jetables pour lesquelles aucune commission n'est versée. Il est parfois demandé aux chercheurs potentiels de se débarrasser de la radiosonde, y compris des composants électroniques et des batteries, au moyen d'autocollants apposés sur les sondes. Une ascension par radiosonde avec un ballon rempli d'hydrogène et une radiosonde coûte actuellement environ 300 € et avec un remplissage d'hélium de 1,8 m³ environ 400 €.
Les radiosondes conventionnelles utilisent un récepteur GPS pour déterminer leur position ; les données de position sont transmises de manière cyclique par radio. Cela permet de déterminer la direction des vents en altitude. Alternativement, la position d'une radiosonde peut également être déterminée à l'aide d'un radar. À cet effet, la sonde est équipée d'un réflecteur radar en carton recouvert d'un film réfléchissant en raison de son faible poids, qui réfléchit l'impulsion radar et permet ainsi de tirer des conclusions sur la position. MétéoSuisse utilise ces données. L'armée suisse ne dispose pas de récepteurs GPS pour sa sonde météo SRS400.
Pour que la sonde puisse voler, un grand ballon d'hélium ou d'hydrogène en latex, rempli à l'état flasque, y est fixé. À mesure que l'altitude augmente, le ballon se gonfle de plus en plus en raison de la diminution de la pression atmosphérique et finit par éclater car le gaz à l'intérieur s'est dilaté jusqu'à atteindre plusieurs fois le volume au sol.
Maintenant, la sonde commence à retomber sur Terre. Pour éviter qu'il ne s'écrase simplement au sol, il est souvent équipé d'un petit parachute. Il s'avère cependant que le petit parachute est généralement peu utile et s'emmêle souvent dans les cordes et ne se déplie pas. On dit qu'il faut encore l'utiliser pour des raisons d'assurance.
Un ballon météorologique est un ballon utilisé en météorologie pour transporter des instruments de mesure, notamment des radiosondes.
Séquence de mission typique[
Un ballon météo typique est généralement fabriqué en caoutchouc et ne pèse qu'environ 200 grammes. La peau du ballon météo est très sensible et délicate, elle ne doit donc être touchée qu'avec des gants de protection. Même des dommages minimes et sans conséquences au sol peuvent entraîner l'éclatement prématuré d'un ballon à haute altitude lorsque la peau est de plus en plus étirée.
Le ballon est généralement rempli d’hélium ou d’hydrogène. Ce dernier, contrairement à l’hélium rare et coûteux, est bon marché et facilement disponible ; le problème d’inflammabilité est considéré comme un risque gérable pour les quantités requises. La sonde est fixée au ballon météo à une distance suffisante pour qu'elle ne s'élève pas dans son sillage. Étant donné que le ballon se dilate jusqu'à atteindre un diamètre de plus de douze mètres en raison de la diminution de la pression atmosphérique à mesure que l'altitude augmente, le sillage deviendrait si important que les distorsions des résultats de mesure seraient énormes.
Le ballon météo peut atteindre une hauteur de 20 à 30 km avant d'éclater et la sonde revient au sol avec un parachute.
Histoire[
L'un des premiers à utiliser des ballons météorologiques fut le météorologue français Léon-Philippe Teisserenc de Bort. À partir de 1896, il réalise plus de 200 expériences en ballon, souvent de nuit, pour éliminer les erreurs de mesure causées par la chaleur radiante. La connaissance de la troposphère et de la stratosphère en tant que couches de l’atmosphère terrestre remonte à cette époque.