Réseaux pour l’étude de l’entrainement et la microphysique des nuages par l’exploration adaptative – NEPHELAE

L'influence des nuages sur le climat demeure une des plus grande incertitudes sur la modélisation du changement climatique. L'absence de mesures in-situ de la dynamique et la micro-physique des nuages qui régule la formation des nuages a mené à une controverse dans leur modélisation, en particulier sur le phénomène d'entraînement. Pour lever cette controverse, des mesures permettant de suivre les différents étapes de formation et dissipation des nuages sont nécessaires. Ça n'est pas tant la précision des mesures qui importe, mais les moments et les endroits où elles sont prises.

Une caractérisation spatio-temporelle complète de la micro-physique et de la dynamique des nuages, incluant le déclenchement de précipitations, n'a jamais été atteinte. NEPHELAE a pour objectif de développer une flotte de drones, qui agit comme une machine d'acquisition de données destinée à aborder des problèmes de fond en sciences de l'atmosphère (NEPHELAE est le nom de la déesse grecque de la pluie et du vent).

La flotte de drones NEPHELAE pourra échantillonner les nuages d'une manière aujourd'hui inégalée, en mesurant simultanément les paramètres d'état de l'atmosphère, les propriété micro-physiques du nuage et leurs évolutions dans le temps. Des données seront obtenues sur la couche limite avant et lors du développement du nuage, sur l'évolution de l'altitude de l'inversion, sur les flux d'énergie surfaciques. Elles permettront d'aborder des questions posées depuis une décennie sur le phénomène d'entraînement et de déclenchement des précipitations.

Au delà de recherches en sciences de l'atmosphère, NEPHELAE comprend des recherches sur les stratégies d'échantillonnage adaptatif par une flotte de drones. Cela comprend la capacité pour la flotte de modéliser en temps-réel le nuage sur la base d'un modèle conceptuel et des données acquises (cartographie du nuage), et la capacité de déterminer en ligne des stratégies d'acquisition de manière à réduire les incertitudes sur le modèle construit (exploration du nuage). Une architecture de contrôle coopérative sera définie, de manière à supporter les contraintes de communication inter-drones, et d'intégrer les capacité de cartographie et d'exploration. Ces activités incluent aussi des développement sur le développement de capteurs dédiés, et sur le suivi de trajectoires minimisant l'énergie consommée.

NEPHELAE comprend des développements scientifiques et expérimentaux qui mêlent intimement des scientifiques de l'atmosphère et des roboticiens. Le projet exploitera des simulations atmosphériques MesoNH qui permettront d'optimiser les stratégies d'exploration du nuage par la flotte de drones. Ces simulations atmosphériques seront exploitées dans des simulations de vol qui exploitent les modèles denses de l'atmosphère produits, les modèles des capteurs embarqués et les modèles dynamiques des drones. Des essais réels permettront de valider et d'affiner les développements, et la flotte sera déployée lors d'une campagne d'acquisition afin de collecter des données qui permettront de d'affiner les modèles des phénomènes d'entraînement et de déclenchement des précipitations.

Les objectifs interdisciplinaires de NEPHELAE requièrent une expertise dans les domaines des sciences de l'atmosphère, aéronautique et robotique: le consortium interdisciplinaire (CNRM, LAAS, ENAC, ENM) est idéal pour aborder les problématiques scientifiques et techniques du projet. Les partenaires ont déjà été impliqués avec succès dans différentes collaborations, et leur savoir-faire couvre l'ensemble du spectre des activités scientifiques, technologiques et expérimentales nécessaires.