Visibilité

Météo

Définitions

La notion de visibilité peut être très variable suivant les besoins et sa perception fortement dépendante de l’acuité visuelle de l’individu.

Physiquement, la visibilité est liée au coefficient d’extinction σ de l’atmosphère. Ce coefficient représente l’atténuation d’un faisceau lumineux sur un trajet d, avec la relation :

I = I_oe^–σd (4)

avec I_o intensité d’une source lumineuse, I intensité lumineuse à une distance d de la source.

Physiologiquement, l’impression de visibilité découle de deux phénomènes principaux qui conduisent aux deux notions suivantes :

— la visibilité par contraste qui est définie comme étant la plus grande distance à laquelle un objet à contraste maximal (blanc sur fond noir ou noir sur fond blanc peut être vu et identifié ; cette visibilité par contraste V s’exprime par la loi de Koschmider :

où ε est le seuil de contraste, équivalent au rapport I/I_o de la relation (4);

— la visibilité par sources lumineuses qui est aussi fonction de l’intensité I_o de la source et du seuil d’éclairement visuel et de l’oeil E_t, lui-même dépendant de la luminance de fond du ciel ; cette visibilité V′ est déduite de la loi d’Allard :

    (5)

De nuit, pour une même valeur de σ, la visibilité par source lumineuse peut être 3 fois plus grande que la visibilité par contraste. Pour être représentative des seules conditions physiques de l’atmosphère, la visibilité météorologique découle de la loi de Koschmider avec un seuil de contraste de 0,05, d’où la relation :

V = 3/σ     (6)

Elle est appelée portée optique météorologique (POM). En météorologie, il y a brouillard lorsque la POM est inférieure à 1 000 m, et brume lorsque la POM est inférieure à 5 000 m.

Mesure de la portée optique météorologique (POM)

Transmissomètre

Cet équipement est constitué de deux parties distinctes :

— un projecteur, émettant un faisceau lumineux parallèle en lumière modulée d’intensité constante ;

— un récepteur, constitué par un système optique et une cellule photoélectrique, placé à une distance de 30 à 300 m du projecteur, distance appelée base de mesure ;

compte tenu de l’atténuation du flux lumineux au cours de son trajet dans l’atmosphère trouble, le récepteur délivre un courant I lié au coefficient d’extinction σ par la relation :

I = I_oe^–σB

avec I_o intensité débitée par temps clair, B base de mesure.

En se reportant à l’expression (6), on peut déduire la portée optique météorologique V de l’intensité I fournie par le transmissomètre :

On montre que la précision obtenue sur les distances de visibilité dépend à la fois du domaine de mesure et de la base de mesure choisie.

Pratiquement, avec une base de 30 m, on atteint une précision ± 10 % pour des visibilités comprises entre 75 et 1 500 m. La même précision est conservée dans le domaine 125 à 2 000 m, à condition d’utiliser une base de mesure de 50 m.

Les transmissomètres doivent être implantés de manière qu’aucun rayon de soleil ne puisse atteindre la cellule quelles que soient l’heure de la journée ou la période de l’année. Un entretien hebdomadaire est nécessaire pour nettoyer les optiques.

Certains appareils du marché autorisent une fréquence de nettoyage plus faible grâce à un système interne de compensation des salissures. Correctement entretenus, ces appareils sont considérés comme des appareils de référence.

Diffusomètres

Ces appareils, contrairement au transmissomètre qui conduit directement au coefficient d’extinction, mesurent un coefficient de diffusion de l’atmosphère .

Ils sont monoblocs ; un récepteur reçoit une partie de la lumière émise par un émetteur et diffusée par un petit volume d’atmosphère proche de l’appareil.

Suivant les capteurs, la diffusion peut être détectée vers l’arrière (rétrodiffusomètre) ou vers l’avant (diffusion latérale avant). Le récepteur est généralement asservi à l’émetteur, en mesurant une partie connue du flux, pour s’affranchir des variations de puissance de la lampe émettrice.

La relation entre le coefficient de diffusion et le coefficient d’extinction est dépendante de la granulométrie des particules sources de diffusion ainsi que de leur nature (gouttelettes d’eau, aérosols, poussières, etc.). Ne mesurant pas et ne connaissant pas la nature précise des particules diffusantes, le diffusomètre utilise une relation prédéfinie, souvent linéaire, entre les coefficients de diffusion et d’extinction.

Cette relation n’étant qu’une approximation, un diffusomètre est par nature moins précis qu’un transmissomètre. Ceci est renforcé par le fait que le diffusomètre n’utilise qu’un petit volume diffusant (généralement quelques dm³ ) contrairement au transmissomètre qui intègre la mesure sur une distance de plusieurs décamètres.

Dans ces conditions, les comparaisons d’instruments montrent qu’un diffusomètre peut indiquer, dans 5 % des cas, des valeurs 2 fois plus grandes (ou petites) qu’un transmissomètre, dans le domaine de mesure de celui-ci.

Par ailleurs, les diffusomètres sont difficiles à étalonner en laboratoire et il est fréquent de trouver des erreurs systématiques de l’ordre de 20 %. Suivant les constructeurs, la gamme de mesure est réduite de 20 à 500 ou 1 000 m (besoins routiers) ou largement étendue (20 m à 50 km).

Compte tenu de ce qui a été dit, la précision instrumentale de 10 % généralement annoncée par les constructeurs est totalement illusoire. Ceci n’enlève pas l’intérêt de ce type de capteur qui est 2 à 5 fois moins cher qu’un transmissomètre et possède moins de contraintes d’entretien des optiques.

Les comparaisons d’instruments ont aussi montré que, dans tous les cas, la dispersion des résultats indiqués par des capteurs est largement inférieure à la dispersion des évaluations de la visibilité par différents observateurs humains.

Mesure de la portée visuelle de piste (RVR)

Cette mesure s’applique au domaine aéronautique où la notion de visibilité peut conduire, réglementairement, à la fermeture d’un aérodrome. Le vocabulaire officiel utilisé est RVR , pour Runway Visual Range . La RVR découle d’une combinaison des lois d’Allard et de Koschmider (visibilité par sources lumineuses et par contraste), en tenant compte de l’intensité de balisage (latéral et axial) de la piste et de la directivité des lampes du balisage.

La RVR est adaptée au pilote et découle de la meilleure estimation des distances de perception des segments de guidage du pilote lors de l’atterrissage. Le calcul de la RVR nécessite les mesures d’un transmissomètre, de la luminance de fond et de l’intensité réelle du balisage utilisé. Ce calcul est effectué, et l’information diffusée est renouvelée, toutes les minutes, par un système d’acquisition automatique

Compte tenu de leur importance, les mesures de RVR demandent à être supervisées par la Météorologie nationale. Les gammes de mesure typiques sont de 75 m à 1 500 m pour les aérodromes de catégorie II ou III.

Mesure de la visibilité routière

Pour les gestionnaires routiers et les usagers, il est gênant que la visibilité sur route soit inférieure à 200 m, limite de définition du brouillard routier. Malgré une différence de vocabulaire, la visibilité routière est définie exactement comme la POM. La particularité des visibilimètres routiers est leur gamme de mesure réduite (10-20 m à 500 m) et leur condition d’implantation en bord de route qui peut conduire à des salissures importantes, ce qui exclut l’usage de transmissomètres.