ballons sonde

Bonjour,

Je suis en prépa scientifique PC et je dois faire un TIPE physique-chimie sur le thème "l'information". Avec un ami, nous avons décidé de faire notre TIPE sur les ballons sonde. Nous souhaiterions constuire notre propre ballon sonde pour recueillir des informations sur l'atmosphère. Par exemple, on pourrait comparer des lois théoriques de variations de paramètres physiques en fonction de l'altitude. Nous avons donc trois questions.

1-Est-il possible de construire son propre ballon et de le lancer?

2- Peut-on vraiment mesurer des paramères physiques interessants si l'on utilise notre propre ballon?

3-Peut-on assister à un lâché de ballon sonde par Météo France par exemple?

Merci de vos réponses.

Bonjour

La réalisation d'un ballon sonde et la mesure des paramètres atmosphériques est effectivement une activité pédagogique intéressante. Il faut contacter l'association "Planète Science" [www.planete-sciences.org], qui s'est fait une spécialité de support à cette activité dans les établissements scolaires sous le titre "un ballon pour l'école". En cherchant "un ballon pour l'école" sur Google vous trouverez une quantité d'exemples de réalisations dans des établissements scolaires.

Il faut savoir qu'un lâcher de ballon doit faire l'objet d'une déclaration et reste soumis à autorisation préalable de la part des autorités de l'aviation civile.

En france métropolitaine, des radiosondages sont effectués quotidiennement à Ajjacio, Bordeaux, Brest, Lyon, Nancy, Nîmes, Trappes. Pour assister à un radiosondage, il vous faut conatcter le Centre Départemental de la Météorologie du département correspondant en motivant votre requête.

Cordialement

Jean



Modifié 1 fois. Dernière modification le 14/10/08 10:26 par jean.

Bonjour

Je suppose que quand vous dites "construire un ballon" vous voulez-parler de la nacelle d'instruments de mesures que l'on attache sous un ballon pourr faire des mesures. Fabriquer le ballon lui-même suppose des techniques et des moyens industriels. Il faut acheter les ballons (ou trouver un organisme qui les offre).

En revanche, il est possible pour des "amateurs" de concevoir et construire une nacelle à attacher au ballon. mais ce n'est pas une mince affaire.

D'après le site TIPE TOP conçu par l'école CPE-Lyon pour les élèves se lançant dans un TIPE, il semblerait que l'ordre de grandeur du travail réel à consacrer soit de l'ordre de 2 heures par semaines pendant 3 mois. Ceci représente moins d'une semaine de travail à temps plein pour chaque membre du binôme. Pour réaliser en si peu de temps une radiosonde (c'est à dire une nacelle instrumentée transmettant ses mesures par radio) et un lancement avec un ballon (il est difficile d'espérer en faire plusieurs), il vous faut trouver un cadre d'accueil qui apporte le plus gros des moyens et où le travail est largement pré-mâché.

Un tel cadre existe mais risque de ne pas s'appliquer très bien à votre situation. Le Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) et Planète Sciences fournissent une structure et des moyens qui permettent aux établissements d'enseignement de fabriquer et lancer un ballon-sonde dont la nacelle est fabriquée par une classe.

Voyez les détails de l'opération sur le site du projet "Un ballon pour l'école". Egalement un exemple sur le site d'un collège de Montauban.

Mais je ne sais pas du tout si vous pouvez trouver une telle structure qui accueille un binôme pour un TIPE ni même si cette approche où vous n'auriez peut-être pas beaucoup d'initiative personnelle conviendrait pour un TIPE.

Je voudrais vous suggérer une idée différente dans le même domaine : essayer d'entrer en relation avec des "chasseurs de radios-sondes". Je ne connais cette activité que par ouï-dire et par l'intermédiaire de l'excellent site radiosonde.eu.

Ce site constitue d'ailleurs une mine d'informations pertinentes, précises et pour ce que je peux juger, exactes, sur la pratique et les systèmes de radio-sondages météorologiques.

Les "chasseurs de radiosondes" sont des radio-amateurs qui recoivent et décodent avec du matériel grand-public les signaux des radio-sondes professionnelles lancées régulièrement par Météo-France et les services météorologiques des pays voisins. Ces signaux peuvent être reçus jusqu'à une distance assez grande des stations de lancement.

Si vous habitez à proximité d'une station de radiosondage professionnelle et si vous obtenez le soutien de l'un de ces "chasseurs", vous pourriez en étudiant les signaux sur plusieurs jours voir comment la distribution verticale des paramètres pression, température et humidité change avec des conditions météorologiques différentes.

En ce qui concerne votre souhait d'assister à un lancer de ballon-sonde par Météo-France, c'est au bon vouloir des stations qui effectuent ce travail. Il faut vous adresser à elles. Il y en a sept en France métropolitaine : Brest, Trappes, Nancy, Bordeaux, Lyon, Nîmes et Ajaccio. Si vous habitez en région parisienne, le site de Trappes est d'accès commode en transports en commun. Voici l'adresse :
Centre Départemental de la Météorologie (CDM) des Yvelines
3, rue Teisserenc de Bort
78195 Trappes CEDEX

Enfin, il existe sur le même site géographique de Trappes, une autre unité de Météo-France. Il s'agit d'un centre technique de la Direction des Systèmes d'Observation qui a en particulier pour activité les essais et évaluations de systèmes de radio-sondage.
L'adresse est:
Météo-France / Direction des systèmes d'observation
7, rue Teisserenc de Bort
BP2
78195 Trappes CEDEX

En espérant que ces informations vous seront utiles et que vous pourrez trouver des gens pour vous aider.

Cordialement

Bonsoir,

J'ai déjà assisté à 3 lâchers, à Ajaccio, Brest et Toulouse, je suis allé au CDM de Trappes également, le personnel est très sympa. Je pense que ça doit être la même chose dans les autres centres. En les contactant et en leur expliquant votre projet, vous devriez pouvoir assister à un lâcher sans trop de problèmes. Ils expliquent également très bien toutes les étapes du lâcher, de la préparation de la sonde à l'analyse des données.

Bonne soirée.

flying38
Membre du conseil d'administration de la SMF.
Trésorier et administrateur d'Infoclimat.
[www.meteo-bouvesse.net]



Modifié 1 fois. Dernière modification le 14/10/08 23:28 par flying38.

Bonsoir,

Merci beaucoup de vos réponses et de vos contacts qui nous serons j'en suis certain fort utiles. Nous allons dans un premier temps essayer de contacter le site Météo France de Trappes en espérant assister au lancer d'un ballon sonde pendant les vacances de la Toussaint.

Bonjour,

Pour notre TIPE sur les ballons sondes, nous sommes, mon ami et moi effectivement aller au CDM de Trappes où nous avons pu assister au lâcher d'un ballon sonde. Nous avons été très aimablement accueillis.

Nous aimerions pouvoir lancer notre propre ballon et relever la température sur au moins les 500 premiers mètres. Trouver l'enveloppe du ballon ne devrait pas être trop difficile. Le CDM est d'accord pour nous fournir un parachute afin de récupérer les données et l'hélium pour gonfler le ballon.

Avec un petit ballon, nous espérions le suivre à vue pour récupérer le thermomètre ensuite.

En revanche, nous somme à la recherche d'un thermomètre enregistreur. J'en ai trouvé un sur internet: La Crosse Technology WS8610R prix 60 euros. Simplement il n'enregistre les températures qu'à intervalle de 5min ce qui est insuffisant.

Sauriez vous s'il est possible de trouver un thermomètre enregisteur, à un prix abordable qui permette de relever les mesures avec une durée courte entre les intervalles?

Notre expérience semble délicate mais nous avons le droit d'utiliser les données récoltées par Météo France pour répondre à une problématique que l'on doit se fixer.

Lors de notre visite au CDM de Trappes nous avons pu constater une diminution de la température dans la troposphère (-6.5° tous les 1000m) et une augmentation de température à partir de 20km.

Nous aimerions expliquer ce phénomène. En savez-vous sur le sujet? Est-ce expliquable avec un niveau scientifique de prépa?

Merci de votre aide.

Je ne suis pas capable de vous conseiller un thermomètre enregistreur bon marché, mais je peux vous suggérer une piste : plusieurs professions ont besoin d'enregistrer des températures. Il s'agit de toutes les professions qui doivent maintenir des chambres froides, en particulier pharmacie ou alimentaire.

Une recherche sur internet de "thermomètre enregistreur" peut peut-être vous suggérer des possibilités de contacts.

Pour ce qui est de la variation de la température dans l'atmosphère sur la verticale, je ne pense pas que le travail d'un TIPE soit suffisant pour permettre de découvrir le pourquoi. Mais vous êtes certainement capables de comprendre l'explication :

La partie basse de l'atmosphère, entre le sol et 10-12 km à nos latitudes, s'appelle la troposphère. La température y décroit en moyenne de 6,5 °C par kilomètre. En effet cette couche est chauffée par la surface. la chaleur est transportée en altitude par divers processus de mélange (convection = l'air chaud monte, ou turbulence = des mouvements désordonnés qui brassent l'air). La décroissance de température dans cette couche bien mélangée est liée à la décroissance de la pression.

Au dessus de la troposphère se trouve la stratosphère où au contraire la température augmente quand l'altitude augmente. Ceci est dû à l'existence de la couche d'ozone (vers 20-40 km) qui absorbe une grand partie des rayons ultra-violets solaires. Cet apport d'énergie résulte en une augmentation de température.

Noter que cette augmentation de température avec l'altitude fait que la stratosphère est une couche stable dans laquelle il ne peut pas y avoir de mouvements de brasage vertical comme dans la troposphère. C'est la raison pour laquelle les phénomènes météorologiques (nuages, pluie, tempêtes) sont confinés dans la troposphère (la stratosphère agit comme un couvercle...)

>>CJLP : ... Je voudrais vous suggérer une idée différente dans le même domaine : essayer d'entrer en relation avec des "chasseurs de radios-sondes". Je ne connais cette activité que par ouï-dire et par l'intermédiaire de l'excellent site radiosonde.eu.


Bonjour à tous,

je fais partie de ces chasseurs de radiosonde (ballon sonde météo). Le groupe représente plus d'une centaine de participants qui sont essentiellement répartis sur la France.

Si on peut vous aider, cela sera avec plaisir. Vous pouvez nous contacter via contact@radiosonde.eu, ou alors vous inscrire sur la liste de diffusion via [www.radiosonde.eu]

Bien amicalement, Stéphane F1SRX

Bonjour,

Nous avons réussi à obtenir des données brutes (humidité, pression, temperature,vitesse et direction du vent) de lâchers de ballons sondes sur une semaine. Nous les avons analysées une par une. Nous cherchons cependant à coupler les données sur toute la semaine pour pouvoir dans l'idéal prévoir le temps ou certaines caractéristiques météorologiques.

Est ce possible de prévoir des choses pas trop compliquées sachant que nous disposons du bagage scientifique d'un eleve de 2eme année de prépa et de sérieuses données scientifiques. Et si ça l'est, connaitriez vous des personnes, sites, documents qui pourrait nous aider?

Bonne année a vous !

Bonjour Hudson

Les données traitées d'un sondage vertical de l'atmosphère fournissent la température, le vent horizontal et l'humidité à la verticale d'un lieuu donné.

Pour faire une prévision en ce lieu il faut disposer de toutes les données de sondages verticaux pour un ensemble de points régulièrement espacés (une grille) d'un domaine géographique. Les programmes qui permettent à partir de ces données de réaliser une prévision s'appellent les "modèles d'at:mmosphère". Etant donné que les stations de radiosondages ne sont pas régulièrement espacées, il est donc nécessaire, pour faire fonctionner un modèle de prévision, d'interpoler les valeurs supposées des paramètres aux points régulièrement espacés à partir des valeurs effectivement observées aux stations de radiosondage : ce processus réalisé automatiquement prend le nom d'"analyse objective".

C'est la raison pour laquelle on ne peut pas à proprement parler faire une prévision en un point donné à partir de la seule série chronologique des radiosondages. Alors que peut-on faire avec une telle série de données ? Tout d'abord reporter ces données sur l'abaque intituée "émagramme". L'interprétation du tracé permet de déterminer les zones d'air relativement sec, d'air humide et d'air saturé ; l'examen des profils de température permet d'en déduire la stabilité verticale de l'atmosphère favorisant ou interdisant les mouvements convectifs : ces éléments permettent d'avoir une idée sur le type de nuages susceptibles de se développer et sur l'altitude de leur base. Aussi serait-il utile d'analyser votre série de radiosondages simultanément avec les cartes d'analyse de surface (dites TH) établies toutes les 6 heures par les professionnels de Météo-France qui donnent des renseignements sur le type de temps observé.

Je pense que vous devez pouvoir vous procurer des émagrammes vierges ainsi qu'une copie des cartes de surface pour les dates qui vous intéressent auprès du Centre Départemental de la Météorologie le plus proche de chez vous. Profitez-en pour demander également le tableau des codes qui vous permettra d'interpréter facilement tous les symboles figurant sur les cartes méréorologiques.

Vous trouverez quelques clefs d'interprétation de divers types de profils verticaux à l'adresse suivante : [www.meteo.education.fr]

Pour une connaissance plus approfondie des mécanismes qui régissent l'évolution de l'atmosphère , je vous conseille le livre intitulé "Fondamentaux de Météorologie" de Sylvie Malardel, paru aux éditions Cepadues.

Cordialement

Jean

Bonjour,

Nous sommes également en classe prépa PSI et nous préparons notre TIPE portant sur le thème de l'information. Nous avons à notre disposition un ballon sonde et nous réflichissons à l'élaboration d'un protocole pour une expérience prochaine. L'idée d'étudier la dynamique d'un écoulement selon l'altitude nous semble interessante mais nous n'avons guère trouver d'informations laissées par d'éventuels prédécesseurs sur ce genre d'expériences.

Pensez-vous que cette étude est réalisable? Un seul ballon suffirait-il à obtenir des résultats concluant?

Finalement Hudson, As-tu effectué un laché de ballon? Si ca t'interesse de greffer une expérience sur notre projet, n'hésite pas à nous contacter.

Merci de vos conseilles. En tracant le graphe de la température en fonction de l'altitude (à l'aide de nos données fournies par l'ascension du ballon sonde) on constate nettement une inversion de température en basse altitude. La température décroit normalement (-6,5°C tous les kms) puis subitement elle augmente sur quelques dizaines de metres puis elle redécroit normalement. J'ai fais quelques recherches sur le sujet. Il y a inversion de température lorsqu'une masse d'air chaud se retrouve au dessus d'une masse d'air froid. J'imagine qu'il y a de la mécanique des fluides derrière tout cela. Pensez vous qu'on peut relier ce phénomène au programme de prépa? En savez vous sur le sujet?

Merci.

Réponse à Hudson et Wilienthal

Le travail d'investigation que l'on peut présenter sur un radiosondage ou même sur une petite série de radiosondages reste assez limité. Comme cela vous a déjà été expliqué par cljp, vous ne pourrez mettre en évidence que des caractéristiques assez générales de l'atmosphère (décroissance de la température avec l'altitude dans la troposphère, existence d'une tropopause caractérisée par un arrêt de cette décroissance, augmentation de la vitesse du vent avec l'altitude, identification de zones plus ou mons stables, plus ou moins humides pouvant être reliées à l'existence de certains types de nuages). Quant aux explications, il faut évidemment revenir à la mécanique des fluides. L'atmoshère est caractérisée par ses paramètres caractéristiques (porincipalement pression , température, vent, humidité) définis sur un domaine à trois dimensions.La dynamique de l'atmosphère tient justement au fait que ses caractérisiques diffèrent d'un point à un autre (en termes mathématiques les équations qui définissent les tendances des paramètres (dérivées temporelles) font essentiellement intervenir les gradients (dérivées spatiales) de ces mêmes paramètres. C'est pourquoi une étude de ce qui se passe localement à la verticale d'un point reste forcément limitée dans le cas général. Je ne pense pas qu'il faille orienter un TIPE sur ce sujet précis.

La détermination des paramètres atmosphériques en un point géographique précis sur une verticale (correspondant à un point de grille d'un modèle atmosphérique) est par contre un sujet d'une très grande actualité. En effet de plus en plus les mesures des paramètres caractérisant l'atmosphère sont faites de façon indirecte (rayonnement émis au sommet de l'atmosphère dans plusieurs fréquences du spectre éléectromagnétique ...) et il est nécessaire d'effectuer une interpolation spatiotemporelle pour déterminer les caractéristiques de l'atmosphère un un point donné à un instant donné. Montrer de façon simplifiée comment ce problème est résolu par les grands centres météorologiques (ce qui fait intervenir physique, mathématiques et statistiques) me paraît tout à fait digne d'être exposé à un jury. Vous pourrez trouver de la documentation sur le sujet en vous reportant aux articles de la revue "La Météorologie" traitant "d"inversion de radiances", "d'analyse objective" et "d'assimilation de données"ainsi qu'à ce que vous pourrez trouver sur le Web avec ces mots clefs.

Bonjour,

Merci de vos réponses. Dans le cadre de notre TIPE nous avons à notre disposition les graphiques représentant les variations de température, de pression, d'humidité, de vitesse du vent et de la direction du vent en fonction de l'altitude (relevés tous les 50-100m du sol à 30000m). Nous avons tracés ces graphiques à partir des données de deux lâchers d'un ballon sonde par jour (un à midi et un à minuit) pendant une semaine. Nous avons aussi à chaque fois superposés les courbes concernant le jour et la nuit.

Nous comprenons bien que prévoir le temps à partir de ces graphiques est trop compliqué. Néanmoins nous disposons de beaucoup de données. On cherche donc à exploiter au maximum ces données pour en tirer quelque chose.

On distingue très bien des inversions de températures en basses altitudes. Après plusieurs recherches, on a vu que la mesure de l'indice de la qualité de l'air est étroitement liée avec ces couches d'inversion mais aussi avec la vitesse du vent, sa direction et l'humidité.

Est-il possible qu'avec nos données nous puissions ne serait-ce qu'évaluer très grossièrement l'indice de qualité de l'air des jours de nos mesures? Nous comprenons bien que sa mesure relève de nombreux paramètres mais l'utilisation de nos données plus eventuellement d'autres que nous admettrions peut elle approcher cet indice?

Merci de votre aide et de l'attention que vous nous avez déjà accordée.

Bonjour Hudson

Vous évoquez la possibilité de déduire d’une série de profils verticaux de température, d’humidité et de vent un indice de qualité de l’air. En effet, des programmes qui fournissent des prévisions de la qualité de l’air en un lieu donné utilisent comme données les sorties des modèles de prévision atmosphérique à la verticale de ce lieu. En effet en première approximation, on peut supposer que les polluants n’ont à court terme que peu d’action sur les paramètres atmosphériques ; en d’autres termes ils se comportent plutôt de façon passive vis à vis des paramètres atmosphériques. Le niveau de pollution dépend donc essentiellement des sources de pollution, des interactions chimiques qui peuvent donner de nouveaux composants et de la structure de l’atmosphère qui est plus ou moins propice au maintien ou à la dispersion des polluants.

Une atmosphère très stable et un vent faible sont des conditions propices à la stagnation des polluants. Dans ces conditions, une température de l’air élevée favorise les recombinaisons chimiques donnant des concentrations élevées d’ozone troposphérique justifiant alors les mesures de réduction des émissions de polluants (réduction de la vitesse des voitures, par exemple). Une atmosphère instable et du cisaillement de vent favorisent le mélange par turbulence et participent à la dispersion rapide des polluants. De plus un vent élevé au niveau des émissions de polluants participe efficacement au transport du polluant au delà du lieu d’émission.

Pour revenir à votre projet d’exploitation des données sur une verticale en relation avec le niveau de pollution, il serait intéressant de récupérer les données de pollution près du lieu et pour la semaine pour lesquels vous disposez des données. Vous devez pouvoir vous procurer ces données auprès des associations qui sont chargées de mesurer la pollution et sont agréés par le Ministère de l’Environnement (MEDAT). Vous obtiendrez sûrement des informations plus précises pour récupérer ces données en vous adressant auprès du Centre Départemental Météorologique (CDM) avec lequel vous avez été en relation.

A vous alors d’examiner l’évolution du niveau de pollution durant la semaine et de la mettre en relation avec l’évolution des diverses caractéristiques de l’atmosphère dans les basses couches.

Bon courage.

Jean

Bonjour,

En vue de terminer mon exposé sur les ballons sondes et leur utilité pour la quantification de la pollution atmosphérique, il me reste une question. Les facteurs météorologiques influençant la pollution de l'air sont en particulier: le cisaillement du vent au niveau du sol, l'épaisseur de la couche d'inversion de température, la pression atmosphérique et l'humidité.

Quelle est l'importance relative de l'influence des ces quatre facteurs météorologiques dans la dispersion des polluants?

Merci de vos réponses.

Le champion de la dispersion de la pollution est le vent qui entraîne les polluants au loin. S'ajoute le fait qu'à un vent plus fort est associée une turbulence plus forte qui produit un plus fort mélange dans les basses couches donc une meilleure dilution.

Vient ensuite l'épaisseur de la couche de mélange, c'est à dire de la couche entre le sol et l'inversion s'il y en a une. PLus grande est cette épaisseur, plus faibles les concentrations.

Bref, des conditions cycloniques avec de l'air instable sont beaucoup plus favorables que des conditions anticycloniques pour la dispersion de la pollution.

On peut ajouter qu'il n'y a rien de mieux qu'une bonne pluie pour nettoyer l'atmosphère. L'air est bien plus limpide après une bonne averse. D'ailleurs durant les premières minutes d'une forte pluie, l'eau météorique est beaucoup plus polluée qu'ensuite.