Mesure des vents de surface par diffusiométrie

[korben]

Bonjour, Je suis en deuxième année de classes préparatoires aux grandes écoles et cette année pour les concours je dois réaliser un TIPE.

Dans le cadre de mon TIPE (travaux d'initiative personnelle encadrée), j'ai choisi après un long temps de recherche un sujet sur la mesure des vents de surfaces par diffusiométrie.

Pour poser ma question je vous met le lien vers la notice 2010 du TIPE : http://www.scei-concours.fr/tipe/tipe_notice_2010.pdf

Le thème de cette année est : “Surface […] interface (échange, contact), frontière (limite, discontinuité), réalisation (traitement, contrôle)”

J'ai récolté de nombreux documents principalement sur internet, plusieurs thèses et quelques descriptions du dispositif. Mais je manque assez cruellement de documents expliquant le principe de fonctionnement du diffusiomètre et aussi son application à la mesure des vents de surfaces.

Si quelqu'un s'y connait dans ce domaine ou a des documents ou connaissances, je suis preneur.

Merci d'avance.

Korben

[Cotissois 31]

Salut,

C'est un sujet difficile mais très intéressant car c'est assez incroyable de pouvoir mesurer le vent de cette façon.

C'est le domaine de la télédétection, je te conseille de contacter les laboratoires concernés soit par la mise en oeuvre du matériel, et le traitement retour des données.

J'ai eu des explications dans mes cours d'océanographie mais ça restait sommaire.

L'application pour la mesure des vents c'est en gros de traiter le signal retour pour estimer la diffusion du rayonnement (scattering) par la surface maritime, donc en déduire l'amplitude des "ridules" (vaguelettes d'une échelle inférieure à celle des vagues), donc en déduire la vitesse voire l'orientation du vent.

Comme toujours en télédétection, il y a des modèles arbitraires qui nous traduisent le signal de rayonnement en information physique, et rien que cette branche modélisation doit occuper pas mal le sujet (simulations, calage avec la réalité, etc.)

Je ne t'apprends peut-être rien, mais voilà ce que je peux te dire /emoticons/smile@2x.png 2x" width="20" height="20">

[Damien49]

Si je comprend bien :

Un diffusiomètre est un radar, qui envoie des signaux à fréquences très élevées, dites hyperfréquences (autour de 5,3 gigahertz) et qui capte en retour la partie réfléchie de ces signaux. Si la surface observée est lisse, l'onde incidente est réfléchie (vers le ciel) et réfractée (dans l'eau). Si cette surface est rugueuse, une partie de l'onde est diffusée : c'est le phénomène de rétrodiffusion, dont l'ampleur, mesurée par le diffusiomètre, permet d'établir un "indice de rugosité". Lorsque le satellite porteur du diffusiomètre survole l'océan, la "rugosité" de la surface est significative de la houle et des vagues, liées aux courants et aux vents.

Alors c'est une méthode de télédétection, censée calculer de façon précise, ce que les marins faisaient à l'oeil depuis toujours avec l'échelle de Beaufort en regardant l'état de la mer :

Cliquer sur les liens en bas : (beaufort force 0, beaufort force 1, beaufort force 2 etc...)

http://www.crh.noaa.gov/mkx/ghwo/windseas_levels.php

Ca me semble très intéressant.

[korben]

Merci pour vos réponses pour commencer.

Je vais essayer de mettre les infos récoltées sur le topic pour que tout le monde puisse apprendre un peu sur cette technique. Je n'ai pas encore tout à fait compris comment ils en déduisent des mesures sur des vents de surface.

Avec le labo du lycée, je vais certainement tenter une modélisation de ce type de mesure grâce à des ondes sonores. Ou des ultrasons.

En télédétection il doit également avoir des possibilités pour la mesure de l'état des sols, et autres paramètres.

Je détaille plus cette après midi.

[Damien49]

Je n'ai pas encore tout à fait compris comment ils en déduisent des mesures sur des vents de surface.

Justement, n'est-ce pas une réinterprétation à partir de l'échelle de Beaufort ? Cette échelle de mesure du vent est déjà construite à partir des observations des rides, crêtes, vagues et houles sur la mer. Sauf qu'elle ne peut se faire qu'à partir d'un point d'observation (un bateau par exemple), donc l'intérêt de la diffusiometrie est de pouvoir le faire partout sur le globe, sans avoir besoin d'observation directe.

C'est une hypothèse...

[korben]

Alors je me renseigne pour la réinterprétation de l'échelle de Beaufort, je regarde avec ton lien, et j'essaye de comprendre

Sinon j'ai pu obtenir ceci :

La faisabilité de mesure des vents sur les océans depuis l'espace a été démontrée pour la première fois par la NASA avec sa série de satellites SEASAT lancés en juin 1978. Une longue série d'observations du même type est devenue disponible pour la première fois quand l'Agence spatiale européenne (ASE) a lancé son premier Satellite de Télédétection Européen (ERS-1) en 1991. ERS-2 a été lancé en 1995 et a poursuivi les observations. Un autre instrument de la NASA a été lancé sur le satellite ADEOS japonais en 1996.

Grâce au succès de ces systèmes pré-opérationnels, une version avancée de l'instrument ESA/ERS sera embarqué sur les satellites Metop du Système Polaire EUMETSAT (EPS) à partir de 2003. Le Diffusiomètre Avancé (ASCAT) de Metop est un radar actif bande-C (5,255 GHz), conçu principalement pour la mesure des vecteurs vents à la surface des mers du globe. Le produit brut est le coefficient de rétrodiffusion de la surface, qui peut d'ailleurs aussi être recueilli sur la terre ferme et sur la glace pour fournir une information sur la répartition de celle -ci. Contrairement à d'autres instruments passifs utilisés pour cet objectif (par exemple AVHRR), la performance du diffusiomètre n'est qu'à peine perturbée par la couverture nuageuse ou l'illumination solaire de telle sorte que cet instrument peut être utilisé efficacement dans les régions polaires, souvent sombres ou couvertes par les nuages. Les diffusiomètres de la NASA ont les mêmes caractéristiques mais travaillent à une fréquence de 13,995 GHz.

Pour tous ces instruments le principe de fonctionnement est simple. L'instrument, depuis une altitude de 750 à 850 km, envoie de courtes impulsions d'énergie hyperfréquence pour sonder la surface de l'océan puis recevoir la puissance réfléchie ou rétrodiffusée. Les variations d'amplitude de cette puissance réfléchie sont causées par de petites vagues (de l'ordre du cm), crées par le vent. Les mesures de rétro-diffusion prétraitées et normées sont souvent appelées sigma-zéro ( ) et constituent la base des produits de vent, ainsi que de l'information sur la glace de mer, de terre et d'autres particularités de surface.

Les vecteurs vents sont obtenus à partir des valeurs de sigma-zéro grâce à un procédé d'inversion. La première étape consiste à établir une relation entre la rétrodiffusion et la vitesse et la direction du vent. Ceci est fait pour le vent de surface standard à 10 mètres et peut être obtenu grâce à des coefficients ajustés par des moyens empiriques. Cette fonction est alors utilisée en sens inverse pour obtenir les vents. Une seule mesure serait nécessaire pour obtenir la vitesse du vent, mais plusieurs seront indispensables pour obtenir sa direction. C'est pourquoi chaque zone mesurée à la surface de l'océan est illuminée tour à tour par trois antennes différentes, orientées dans des directions variables relativement à la trace du satellite, et qui fournissent un triplet de valeurs de rétrodiffusion.

La procédure d'inversion ne fournit pas systématiquement une solution unique, car il peut y avoir jusqu'à six directions qui correspondent aux observations. L'étape suivante, appelée levée d'ambiguïté, est nécessaire pour choisir la solution la plus vraisemblable. Ceci est obtenu grâce à la comparaison avec un champ de première ébauche produit par un modèle de prévision numérique (NWP) ou par l'assimilation de solutions multiples possibles dans les modèles.

Sources EUMETSAT, Am Kavalleriesand 31, D-64295, Darmstadt, Allemagne.

Lectures conseillées Ambiguity removal and assimilation of scatterometer data. Stoffelen A., Anderson D. 1997. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 123, 491-518.

Ca confirme que l'aspect de la surface de l'eau est utilisé, mais on nous parle de petites vagues de l'ordre du centimètre... crées par le vent. Et la houle est beaucoup plus importante...

En tout cas merci pour vos contributions, et j'ai encore besoin d'aide puisque tout n'est pas encore cerné Il y a du travail sur la planche (pour moi en tout cas )

[Cotissois 31]

Ca confirme que l'aspect de la surface de l'eau est utilisé, mais on nous parle de petites vagues de l'ordre du centimètre... crées par le vent. Et la houle est beaucoup plus importante...

Oui c'est ce ce que je t'ai dit, on s'intéresse aux "ridules" crées par le vent. La houle est un train d'onde créé par le vent au départ, mais elle se déplace loin et se maintient même quand le vent ne souffle plus.

Dans l'échelle de Beaufort, on s'intéresse notamment à l'écume (moutons) et la visibilité plus qu'à la hauteur des vagues. Mais çà le satellite ne sait pas la mesurer.

De manière générale, on distingue la houle et la mer du vent. La mer du vent étant l'ensemble des vagues ou vaguelettes (dont les ridules mesurées par le satellte) traduisant l'agitation effective donc le vent présent.