Hauteur de la base des nuages

Météo

Définitions

La connaissance de la hauteur du plafond nuageux est d’un grand intérêt dans les zones d’approche des aérodromes.

La surface de transition atmosphère claire-nuage qui caractérise la base du nuage étant souvent irrégulière et floue, il n’existe pas réellement de définition objective de cette limite. Les instruments de mesure modernes utilisent un principe de détection du niveau auquel se produit une réflexion ou une rétrodiffusion importante d’un faisceau lumineux. Ce niveau est considéré comme étant la zone de transition atmosphère claire-nuage, c’est la hauteur de la base des nuages.

Télémètres à nuages

Tous les télémètres utilisent à l’heure actuelle un laser comme source lumineuse. Ces appareils monoblocs sont composés de trois parties fonctionnelles (figure 21) :

Figure 21 – Télémètre à nuages

— un émetteur avec une diode laser et un dispositif optique qui génère par impulsions un faisceau lumineux étroit à la verticale ;

— un récepteur avec un miroir parabolique qui focalise la lumière rétrodiffusée ou réfléchie par le nuage sur une cellule photoélectrique, via un filtre interférentiel destiné à limiter la luminosité de fond ;

— une logique de mesure du temps écoulé entre l’émission et la réception des impulsions lumineuses et un système de traitement du signal.

La puissance émise par la diode laser est volontairement réduite pour en préserver la durée de vie et rester en deçà des seuils de sécurité pour l’oeil ; le signal récupéré par le récepteur est donc très faible et peu décelable de la luminosité naturelle du ciel.

Le rapport signal sur bruit est augmenté grâce à une série de tirs. Là encore, un compromis est établi entre le nombre des tirs nécessaire et la durée de vie de la diode laser. Un calculateur de traitement du signal, incorporé dans l’appareil, analyse le signal reçu dans des créneaux de temps correspondant à des tranches d’altitude et restitue la hauteur du plafond nuageux.

La gamme de mesure d’un télémètre laser est généralement comprise entre 50 et 3 000 m. Certains appareils sont signalés comme capables de détecter plusieurs couches nuageuses ainsi que la visibilité verticale. Toutefois, ces renseignements complémentaires ne sont que rarement disponibles et fiables : la première couche de nuage doit être suffisamment mince pour permettre à la lumière d’atteindre une seconde couche. L’incertitude de mesure annoncée est voisine de 15 m. Elle s’applique sur la chaîne de mesure électronique, en considérant une réflexion de l’impulsion laser sur une surface solide.

Autres moyens de mesure

Télémètre à nuage analogique

Cet appareil, très fiable, n’est plus fabriqué mais est encore largement utilisé, en particulier à Météo France. Le principe est identique au télémètre laser, mais en plus simple. Un condensateur chargé sous un fort voltage est déchargé brusquement à travers des électrodes en tungstène en générant un arc électrique au foyer d’une parabole d’émission. Un détecteur au foyer d’une parabole de réception permet la mesure du temps d’aller et retour de l’éclair lumineux vers la base du nuage à la verticale. Cet appareil permet la mesure directe de la hauteur en monocoup, dans une gamme de mesure de 30 à 1 500 m.

Ballons

On note le temps qui sépare le lâcher de la disparition dans le nuage d’un ballon dont la vitesse ascensionnelle est considérée comme constante. Les ballons, d’un poids à vide de 45 g, sont gonflés à l’hydrogène ou à l’hélium pour avoir une vitesse ascensionnelle de 100 m/min. Ce procédé, non automatique, est peu précis et peu utilisé. Les ballons sont surtout employés pour évaluer le profil du vent en altitude.

Phare néphoscopique

Un projecteur éclaire à la verticale la base du nuage en formant une tache repérée par une lunette distante dont l’angle d’inclinaison indique la hauteur par trigonométrie.