Le radiosondage

Régulièrement, au moins deux fois par jour, à midi et à minuit utc, des stations météorologiques sondent l'atmosphère jusqu'à une altitude de 30 km à l'aide de radiosondes. En France il existe 7 stations de radiosondage situées à Trappes, Nancy, Lyon, Brest, Nimes, Bordeaux et Ajaccio.

Ce sont des petits postes météorologiques légers qui sont emportés par un ballon gonflé le plus souvent à l'hélium. Ces petites stations météo retransmettent par radio ( sur la fréquence de 403 Mhz) des données de température, pression et humidité. La localisation de l'atelage est effectuée par un astucieux dispositif de répétition du signal GPS reçu par la radiosonde et permet de déterminer le vent (direction et vitesse) qui fait dériver le ballon (la radiosonde est équipée d'un récepteur GPS qui sans décoder la position du ballon renvoie à la manière d'un relais les signaux de positionnement GPS vers la station réceptrice au sol en 403Mhz) . Cet attelage est doté d'un petit parachute orange vif qui va ralentir la chute de l'ensemble une fois le sondage terminé et le ballon éclaté vers les 25 km d'altitude. L'ensemble pouvant alors dégringoler n'importe où et d'ailleurs aucune mesure n'est effectuée pendant la descente souvent erratique. Le matériel une fois tombé n'est pas récupéré pour être réutilisé.

La technique du radiosondage est apparue en 1929, avec le lâcher de ballons équipés des premières radiosondes, depuis l'observatoire météorologique de Trappes, en région parisienne.

Les premiers sondages aérologiques dans le but de comprendre la nature et la structure de l'atmosphère furent effectués dans la deuxième moitié du XIXe siècle au moyen de cerf-volants équipés d'enregistreurs de température (bilame) et de pression (généralement des tambours couverts de noir de fumée).
Ce sont les français Gustave Hermite et Georges Besançon qui, les premiers dès 1892, utilisèrent un ballon libre doté d'un enregistreur de température et de pression. Libéré des contraintes pesant sur le cerf-volant, le ballon s'élève librement dans l'atmosphère aussi haut que la résistance de son enveloppe le lui permet. Le ballon retombe alors au sol et on peut récupérer les enregistrements fréinés par un parachute. En 1898, le français Léon Teisserenc de Bort organise à l'Observatoire de Météorologie Dynamique de Trappes les débuts de l'exploration systématique de la haute atmosphère. Il découvre qu'à partir d'une certaine altitude, variant à la fois selon la saison et la position géographique, la température cesse de baisser quand on s'élève : c'est la découverte de la tropopause et de la stratosphère qu'il annonce en 1902 à l'Académie des Sciences.

Léon Teisserenc de Bort, né à Paris le 5 novembre 1855 et mort à Cannes le 2 janvier 1913, est un météorologue français qui développa l'observation et l'étude de l'atmosphère par l'utilisation de ballons instrumentés. Il fut aussi le découvreur de la stratosphère. Des cratères sur la Lune et sur Mars portent son nom. Il identifia une zone de l'atmosphère terrestre s'étendant en gros entre 10 000 et 16 000 m, selon la saison et le lieu, dans laquelle la température cesse de décroître comme dans la troposphère mais n'augmente pas encore de façon significative avec l'altitude comme dans la stratosphère. Il baptisa cette zone où la température est à peu près constante la tropopause. Après plus de 200 lâchers de ballons, souvent effectués de nuit pour éviter les effets du rayonnement solaire, il en arriva en 1902 à la conclusion (incomplète) que l'atmosphère terrestre se composait de deux couches. Teisserenc de Bort les baptisa troposphère et stratosphère, une convention qui est toujours en vigueur. Il venait de découvrir la tropopause, la frontière entre ces deux couches. Les trois couches externes supplémentaires — la mésosphère, la thermosphère et l'exosphère — étaient hors de portée des ballons-sonde de Teisserenc de Bort, et lui restèrent donc inconnues. Après sa mort en 1913, ses héritiers léguèrent, selon son voeu, son observatoire à l'État afin que ses recherches puissent être poursuivies. La Direction des systèmes d'observation de Météo-France y est installée, et l'abri de gonflement des radiosondes est utilisé quotidiennement par le Centre départemental de la météorologie des Yvelines pour deux lâchers opérationnels par jour..

Après quelques essais à partir de 1927, Pierre Idrac (1885-1935) et Robert Bureau (1892-1965) associent aux capteurs un petit émetteur radio à lampe (la radio venant d'etre inventée) qui retransmet au sol en temps réel les valeurs mesurées. Le premier vol d'un ballon sonde retransmettant par radio la mesure de la température est effectué le 17 janvier 1929 à Trappes. La récupération des données n'est plus tributaire d'une aléatoire récupération de l'épave du ballon, c’est la naissance du radiosondage moderne.

Le ballon, en latex fin, est gonflé au "ballonium" (hélium impur et moins cher) et doit pouvoir supporter une dilatation importante au cours de la montée. Il y a quelques années il était gonflé à l'hydrogène. Pendant le gonflement du ballon, une tare est fixée à sa partie inférieure de façon à déterminer le stade optimal de gonflement pour obtenir ensuite une vitesse ascensionnelle de l'ordre de 5 à 6 m/s pour la charge prévue. Mais cette méthode manuelle est abandonnée peu à peu et remplacée par un dispositif automatique de préparation et du lancement du radiosondage. En effet un container est équipé d'un dispositif automatique de lancer de ballons sondes. Ainsi des ballons sondes en latex sont préparés à l'avance, fixés dégonflés à leur radiosonde et sont disposés sur un plateau tournant dans des casiers respectifs sur une sorte de distributeur, de table ronde. Au moment du lancer, le ballon sonde est gonflé automatiquement et sa radiosonde réglée, verifiée et étalonnée. Le ballon est gonflé dans une sorte d'abri, attenant au container. Cet espace de gonflement est  fermé sur le dessus par deux demie portes en forme de toit. Lorsque tout est prêt, automatiquement, les deux portes entrainées par des verins s'ouvrent et le ballon avec sa radiosonde s'échappe et commence donc son ascension et la radiosonde tranmet par radio sur la fréquence de 403 Mhz ses données météo (pression, température, humidité). Au départ la sonde est fixé prés de la partie inférieure du ballon, mais un astucieux dispositif déroule une corde et la sonde ainsi s'éloigne à bonne distance du ballon pour ne plus subir les trainées néfastes aux mesures dans le sillage du ballon. Ce sondage sera achevé à peu prés 100 mn aprés son décollage.

Un message numérique composé de groupe de 5 chiffres, transcrivant le profil de l'atmosphère est élaboré puis transmis en direction des calculateurs de Météo-France à Toulouse. Ce message va maintenant circuler et être échangé entre les différents services météorologiques dans le monde et va servir à donner le profil de l'atmosphère. Le résultat de ce sondage apparait sur différentes cartes et aussi sous forme d'un diagramme appelé emmagrame ou téphigramme selon les régions. On y décèle facilement les anomalies du profil vertical de l'atmosphère et va aider à localiser la position et l'épaisseur des perturbations atmosphériques. De ce diagramme on en déduit nombre d'informations sur l'atmosphère particulièrement sa stabilité, la hauteur et l'épaisseur des nuages, les inversions de températures (tant recherchées par les radio-amateurs), la hauteur et la température de la tropopause, la vitesse et la directions des vents en altitude (données précieuses pour les avions), etc...

Ci-dessous les secrets d'un émagramme:

Comprendre ce diagramme...

A. -Décroissance adiabatique de l'air sec ou non saturé.

Une particule d'air sec qui s'élève se refroidit de 1 degré C tous les 100 m, du sol à la tropopause. Inversement elle se réchauffe de 1 degré C tous les 100 m en
descendant. 1 degré représente le gradient adiabatique de l'air sec. La courbe qui figure cette décroissance s'appelle l'adiabatique sèche ou l'adiabatique.
On la désigne en abrégé par la notation y d (y = gradient; d = dry: sec). Les y d que nous avons figurées permettent de calculer graphiquement la température atteinte par une particule sèche issue du sol et possédant une température initiale donnée. Ainsi, une particule à 0 degré au sol aura une température de -30 quand elle atteindra 3 km; une particule à 20 degrés au sol aura une température de -20 à 4 km.

B. -Décroissance pseudoadiabatique de l'air saturé.

Le gradient est moins fort quand une particule saturée (pleine, remplie, pour faire simple) de vapeur d'eau s'élève. En effet, le refroidissement adiabatique détermine la condensation de l'eau et par conséquent la libération de la chaleur de condensation (600 calories), ce qui retarde le refroidissement. La décroissance est seulement de 0,5 degré C par 100 m (gradient pseudoadiabatique). La courbe s'appelle la pseudoadiabatique ou adiabatique saturée . Notation abrégée : y s (s = saturated). Les pseudoadiabatiques sont figurées en traits pointillés sur les diagrammes de sondages.

N.B. -Le phénomène n'est pas réversible. En effet, lorsque la particule saturée descend, elle suit la pseudoadiabatique tant qu'elle reste saturée. Dès qu'elle s'est desséchée, elle suit l'adiabatique. Il n'y a réversibilité que si on fournit constamment de l'eau à la particule pour qu'elle reste saturée.

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