25 Mars 2018

L’hygromètre SAWfPHY intégré dans la nacelle Zéphyr pour Stratéole-2

Le 18 janvier a débuté sur la plateforme d'intégration et de tests à Guyancourt l'assemblage dans la nacelle du premier instrument scientifique pour le projet Stratéole-2. L’hygromètre SAWfPHY est développé par le Laboratoire de météorologie dynamique.

Une fois embarqué dans l'atmosphère par les ballons pressurisés Stratéole-2, l’instrument SAWfPHY mesurera le rapport de mélange en vapeur d’eau à proximité de la tropopause équatoriale.

C’est en effet dans cette région de l’atmosphère terrestre que le contenu en vapeur d’eau de la stratosphère est déterminé. Les masses d’air humides caractéristiques des basses couches à ces latitudes sont transportées par les mouvements verticaux associés à la Zone de Convergence Intertropicale  et finissent par pénétrer dans la stratosphère. Ce mouvement ascendant s’accompagne d’un refroidissement des masses d’air, qui s’assèche ainsi progressivement.

Aussi, SAWfPHY (Surface Acoustic Wave frost-Point HYgrometer) doit être capable de mesurer la très faible humidité régnant aux températures de la tropopause équatoriale qui peuvent atteindre -85°C. Sur un million de molécules du gaz atmosphérique, seules 3 ou 4 sont des molécules de vapeur d’eau !

La vapeur d’eau est néanmoins un puissant gaz à effet de serre, et plusieurs études récentes ont montré que les variations interannuelles du contenu en vapeur d’eau de la stratosphère pouvaient moduler de manière significative le réchauffement global à la surface de la Terre.

L’instrument fonctionne sur le principe classique de l’hygrométrie à point de givre. Un élément sensible est refroidi sous la température ambiante jusqu’à l’apparition d’une couche de givre à sa surface. La mesure de la température d’équilibre de cette couche, appelée température du point de givre, permet de retrouver le rapport de mélange de vapeur d’eau dans l’air.

La principale innovation de l’instrument repose sur la détection de la couche de givre.

Alors que les instruments classiques utilisent une détection optique nécessitant une épaisseur de dépôt de l’ordre de quelques µm, SAWfPHY utilise une détection par ondes acoustiques se propageant à la surface d’un quartz. L’interaction entre ces ondes et le dépôt de givre devient mesurable pour une couche d’épaisseur 10 à 100 fois plus faible que dans le cas de la détection optique, permettant d’optimiser les performances notamment énergétiques de l’instrument.

Les activités d'AIT se déroulent sur la plateforme d'intégration et de tests installée au LATMOS sur le site de l'Université Versailles - Saint-Quentin en Yvelines, plateforme cofinancée par le CNES, la région Île-de-France et la communauté d'Agglomération de Saint-Quentin(en-Yvelines. La plateforme a été inaugurée en juin 2015.


On distingue bien l'instrumentation extérieure posée sur le caisson blanc et l'électronique de traitement qui sera à l'intérieur de la nacelle fixée sur le tripode.

A côté de SAWfPHY, Claire Cénac, responsable de l’instrument et Paul Monnier, responsable logiciel bord - LMD.

Contacts :

Philippe Cocquerez, Chef de projet Stratéole-2, philippe.cocquerez at cnes.fr

Albert Hertzog, LMD - Principal Investigator Stratéole-2 et instrument SAWfPHY -  hertzog at lmd.polytechnique.fr