Nouveau capteur de champ électrique Mems pour la surveillance du risque orageux – NEMESIS

Afin d’améliorer les systèmes de prévision court-terme des éclairs et les systèmes d’alerte précoce des orages, les travaux du projet sont d’une part le développement d’un nouveau concept de capteur de champ électrostatique miniature, pour lequel un brevet a été récemment déposé, et d’autre part le développement d’algorithmes de fusion de données pour détecter, localiser et prévoir les cellules orageuses. Le développement d’un réseau de ces capteurs et la validation expérimentale lors d’une campagne d’observation et le développement d’un système d’alerte précoce font également partie du projet.

Le développement du nouveau capteur miniature de champ électrostatique exploitant les propriétés piézoélectriques d’un micro résonateur en quartz, en rupture avec les capteurs existant, nécessite des travaux permettant une meilleure analyse des phénomènes physiques à l’échelle réduite du capteur en vue de son optimisation, et des innovations en terme de procédés de fabrication collective en salle blanche pour améliorer sa précision et sa miniaturisation, notamment la gravure de wafers fins de quartz par DRIE (Deep Reactive Ion Etching), et l’assemblage 3D à l’échelle du micro résonateur.

De nombreuses études ont déjà démontré l’intérêt de l’exploitation de mesures de champ électrostatique fournies par un moulin à champ pour détecter et prévenir l’arrivée d’une cellule orageuse dans un périmètre donné autour du capteur. Le déploiement de ces nouveaux capteurs, utilisables en grand nombre et sous forme d’un réseau dense, et leur validation expérimentale lors d’une campagne d’observation prévue au cours du projet, permettront de définir de nouveaux systèmes d’alerte et donc de prévisions de risque orageux.

Les applications concernées sont duales et concernent la prévision du risque orageux des installations civiles comme militaires pour sécuriser les zones sensibles dans le cadre de planification de missions stratégiques. Par ailleurs, le développement d'un capteur miniature de champ électrostatique ouvrira la voie à de nombreuses applications dans les domaines aéronautique et spatial comme la mesure aéroportée pour l’estimation du risque orageux, l’évaluation du risque de foudroiement des drones, l’analyse des phénomènes de charge et décharge électrostatique à la surface des satellites, dans le cas des missiles : la détection de formation de décharges électriques en vol et à l’impact, pour les hélicoptères : le risque d’électrocution lors des opérations d’hélitreuillage, ou pour les aéronefs : la détection des conditions givrantes/poussière volcanique/sable.

Les partenaires du projet ont des compétences complémentaires dans les domaines des micro capteurs (équipe capteurs et microtechnologies de l’ONERA), de la modélisation de la physique de l’atmosphère et de la prévision des orages (équipe foudre, plasma et applications de l’ONERA), et de la gestion et l’opération de réseaux de capteurs destinés à l’observation des orages (METEORAGE).