10 Avril 2018

FLOATS : un instrument d’un genre nouveau pour STRATEOLE-2

L’équipe américaine de Lars Kalnajs, travaillant à l’Université du Colorado a livré le premier exemplaire de FLOATS, un instrument particulièrement novateur pour intégration dans la nacelle Zéphyr. Il effectuera son premier vol début 2019.

Avec FLOATS, les mesures scientifiques sous ballons longue durée vont prendre une nouvelle dimension. FLOATS révolutionne le principe selon lequel les observations effectuées lors de ces vols documentent les masses d’air situées à proximité des ballons. L’instrument est en effet constitué d’une fibre optique de 2 km de long, initialement enroulée dans la nacelle scientifique Zéphyr.

Une fois le ballon et la chaine de vol à leur plafond vers 18 km d’altitude, la fibre est déroulée complètement grâce à un moteur télécommandé et à un treuil. Elle restera suspendue sous la nacelle tout au long du vol.

Une diode laser envoie, à fréquence élevée, des impulsions lumineuses dans la fibre. Si la plus grande partie de la lumière se propage jusqu’à l’extrémité de la fibre 2 km plus bas, une faible partie de celle-ci est régulièrement rétrodiffusée tout au long de la fibre par le phénomène de la diffusion Raman. Par exemple, cette propriété de rétrodiffusion dans les fibres est utilisée pour sonder, à distance, l’état des câbles optiques sous-marins.

Dans le cadre de la campagne STRATEOLE-2, une autre propriété de la diffusion Raman est utilisée. Celle-ci varie en effet avec la température de la fibre. Ainsi, mesurer la quantité de lumière rétrodiffusée vers la nacelle revient à mesurer la température de la fibre, qui est très proche de celle de l’air. Il ne reste alors plus qu’à mesurer le temps entre l’impulsion laser et le retour de la lumière rétrodiffusée pour connaître la distance dans la fibre, comme pour les technologies radar ou lidar.

Ainsi au cours des vols ballons, FLOATS effectuera continûment des profils verticaux de température de 2 km de long, avec une résolution verticale de l’ordre du mètre !  Cette nouvelle dimension dans l’observation sous ballon longue durée sera particulièrement utile au projet STRATEOLE-2.

Le projet a pour objectif d'étudier les mécanismes de transport de vapeur d’eau entre la troposphère et la stratosphère équatoriale. Or la quantité d’eau qui rentre dans la stratosphère est en premier lieu contrôlée par la température la plus froide rencontrée lors de l’ascension des masses d’air. Embarqué sur des vols destinés à faire le tour de la Terre, FLOATS permettra ainsi de documenter de manière unique le champ de température à la tropopause tropicale.

L’équipe américaine de Lars Kalnajs, travaillant au Laboratory for Atmospheric and Space Physics de l’Université du Colorado, à Boulder, a livré le premier exemplaire de l’instrument FLOATS. Doug Goetz et Isaac Winamaker ont participé à l’intégration de cet instrument particulièrement novateur dans la nacelle Zéphyr.

Contacts

Responsable du programme Atmosphère au CNES
Pierre Tabary
Courriel : pierre.tabary at cnes.fr
TEL : +33 5 61 28 18 32
Adresse :
Centre National d'Etudes Spatiales, 18 Avenue Edouard Belin, 31401 Toulouse Cedex 9, France

Chef de projet STRATEOLE-2 au CNES
Philippe COCQUEREZ
Courriel : philippe.cocquerez at cnes.fr
TEL : +33 5 61 27 35 08
Adresse :
Centre National d'Etudes Spatiales, 18 Avenue Edouard Belin, 31401 Toulouse Cedex 9, France

Isaac Winamaker procède à l'intégration mécanique de FLOATS dans la nacelle. La fibre optique jaune est enroulée sur la bobine. La poulie de sortie vers le bas de la nacelle est au premier plan.

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