MODELISATION MESURE et DETECTION de TURBULENCE en AIR CLAIR – MMEDTAC

Aux échelles moyennes les fluctuations de vent, pression, densité et température dans la basse atmosphère sont générées par les champs d'ondes de gravité et de la turbulence. Le champ d'ondes de gravité est au premier ordre une superposition linéaire de mouvements sinusoïdaux, la turbulence une superposition chaotique de mouvements rotationnels. - Les fluctuations induites dans l'atmosphère par ces deux champs ont une importance sensible dans le trafic des avions et dans l'optique atmosphérique où ils portent le nom générique de turbulence en air clair (CAT). Ces échelles ne sont pas résolues dans les modèles météorologiques à meso-échelle, elles sont donc imprévisibles. - Les deux objectifs principaux de cette étude sont d'identifier la nature et la cause des pertes de portance qui induisent des vibrations et des sauts sur les avions et parallèlement de détecter, de caractériser à distance la variabilité des ondes et de la turbulence troposphérique aux échelles verticales comprises entre 10m-1000m . - Simulation du vol d'un avion dans un champ de fluctuation atmosphérique modélisé - Les CAT sont associées à des fluctuations de l'air troposphérique, dépourvu de nuage et donc privé des forts courants ascendants générés par la libération de chaleur latente dégagé par la condensation. Beaucoup d'études montrent que les CAT intenses sont générées par le déferlement de couches de cisaillement stratifiées (instabilité de Kelvin-Helmoltz). D'autres scénarios sont possibles, il est admis par les scientifiques que le champ d'ondes de gravité domine aux échelles verticales entre 10m et 1000m et qu'elles peuvent générer des cisaillements importants quand un paquet d'ondes dominant est présent (onde de relief). - Pour étudier la réponse d'un avion à la CAT, il est nécessaire de simuler des vols dans des champs fluctuants correspondants à diverses perturbations (paquet d'ondes, turbulence avec grande échelle externe) associées au champ moyen (champ continu d'ondes de gravité). Ce champ moyen ne possède pas à priori assez d'énergie pou perturber un vol. - A l'heure actuelle, nous sommes capables de générer un champ de fluctuations dominé par des ondes de gravité et conforme au paradigme du « spectre universel », et de lui associer un champ turbulent de 100m à quelques centimètres. - Détection et caractérisation de la variabilité du champ d'ondes et de la turbulence de la troposphère par lidar - Les lidars Rayleigh-Mie sont des systèmes capables de mesurer le profil vertical de densité, température et aérosols à partir du signal d'un laser pulsé rétrodiffusé par les molécules (diffusion Rayleigh) et les particules (diffusion Mie) atmosphériques. Les lidars vent mesurent le décalage spectral Doppler lié à la vitesse radiale de l'air. Nous utilisons un Fabry-Perot à 2 zones pour définir 2 bandes spectrale étroites de chaque cotés de la ligne Rayleigh et une technique de détection directe. Ici, nous proposons d'utiliser 2 lidars et 2 approches différentes pour détecter les fluctuations de vent et de densité à l'Observatoire de Haute Provence (OHP). - 1. mesure des fluctuations de densité avec un lidar monostatique - Le signal lidar Rayleigh sera enregistré avec une résolution de 15m et toutes les secondes pour détecter la turbulence isotrope d'échelle externe supérieure à 30m. Afin de descendre le seuil de détection, la variance des fluctuations de densité sera moyennée et non le signal lidar lui-même. - Le signal sera enregistré par un enregistreur de signaux analogiques ultra rapide. En se basant sur les caractéristiques du lidar Rayleigh de l'OHP et d'une amplitude estimée des fluctuations turbulentes, il est possible de détecter en 1 minute une couche turbulente isotrope à 10km d'échelle externe supérieure à 200m. Les couches d'intensité plus faible demanderont un temps d'intégration de la variance plus long. - Afin d'estimer la capacité à détecter les fluctuations de vent et à estimer leur relation avec les fluctuations de dens