ETUDE EXPERIMENTALE DE LA REPARTITION DES TRAINEES METEORIQUES DANS LA HAUTE ATMOSPHERE ET ETUDE THEORIQUE DE L'INFLUENCE DE LA DISTRIBUTION SPATIALE DES METEORES

(Document d'époque: A VOIR le radar METEORIQUES de Garchy)

UNIVERSITE DE PARIS VI

THESE

présentée pour l'obtention

du diplôme de Docteur de 3e cycle

Spécialité : Physique

Mention : Géophysique

Par

M. Patrick ROBERT

tenue le 10 juin 1974 devant la Commission d'examen

(extrait ) DONNEES EXPERIMENTALES ET UTILISATION

1 - 1 - PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D'UN RADAR METEORIQUE

La vaporisation dans l'atmosphère Terrestre des météorites

rapides qui y pénètrent produit, entre 80 et 100 krm d'altitude, des

traînées fortement ionisées par rapport à l'air ambiant (densité linéique

de 1 'ordre de 1013 électrons/mètre) .

Suivant la taille de la météorite, ces traînées peuvent être

observées par des moyens photographiques (pour les gros corps de rayon

supérieur au mm et de masse supérieure à 20 mg) ou par des moyens radioélectriques

(pour les plus petits corps, ceux-ci étant les plus nombreux)

(Mac Kinley , 1966) .

Dans ce dernier cas, on utilise un radar météorique dont le .

principe est le suivant : (SPIZZICHINO, REVAK, 1966).

Une onde de fréquence convenâble pour se propager sans absorption

ni réflexion dans l'atmosphère et pour être réfléchie par les traînées,

est émise dans une direction donnée. L'onde réfléchie est détectée si,

d'une part, la puissance émise est suffisante, et si d'autre part l'orientation

de la traînée est compatible avec la situation relative des stations

d'émission et de réception (Fig. 1-1).

Le signal reçu (écho météorique) est caractérisé par une montée

rapide qui correspond à la formation de la traînée ionisée et une descente

plus lente (fig. 1-2) qui correspond à la diffusion de l'ionisation dans

l'atmosphère ambiante. '

La durée de l'écho est courte, de l'ordre de quelques dixièmes

de seconde.

La localisation dans l'espace du point de réflexion spéculaire

de l'onde sur la traînée est effectuée à partir de la mesure de la distance

de ce point à la station d'observation,et de sa direction, obtenue par un

systèms de goniométrie (REVAH, Annales de Géophysique, 1969).

Dès sa formtion la traînée est entraînée, et éventuellement

déformée par le vent à l'altitude considérie, ce qui induit une variation

de fréquence par effet Dûppler entre l'onde émise et l'onde réfléchie.

La mesure de cette variation de fréquence, qui se traduit

expérimentalement par une mesure de différence de phase, entre l'onde

émise et l'onde reçue, fournit la composante radiale de la vitesse du

vent au point considéré.

Le traitement du signal reçu permet de détecter les échos

qui ont un rapport signal sur bruit suffisant (de l'ordre de 10 dB )

et de convertir, à l'aide d'un programme sur calculateur, les observations

brutes qui sont essentiellement des déphasages en données plus directement

utilisables, à savoir pour chaque écho :

- la localisation horizontale et l'altitude du point de réflexion.

- la composante zonale ou méridionale, en ce point, du vent supposé

horizontal.

(....)

La mesure experimentale de la constante de temps, quand ellc

est possible, c'est-à-dire pour des échos sous dense dont la décroissârce

n'est pas trop perturbée, permet donc une deuxième déternination de

l'altitude H.

Cette deuxième détermination (notée HD dans la suite) est, a

priori, moins précise puisqu'elle s'appuie sur un modèle d'atmosphère

isotherme. La première détermination de H, obtenue par goniométrie, est

entachée d'une erreur d'origine connue, de faible valeur (inférieure au

km), et' constitue la valeur de référence (FSVAH, 1966).

Plus loin, on constatera que les écarts HD-H sont petits

dans la majorité des cas ; ainsi cette valeur HD peut-elle servir à

détecter une erreur systématique sur la mesure de l'altitude par goniométrie.

1 - 2 - LES RADARS METEORIQUES DU C. N. E. T.

Le C.N.E.T. dispose d'un système de 2 radars météoriques,

explorant la même région de l'espace, mais dont les directions des axes de

visée sont perpendiculaires, afin de mesurer les composantes zonales et

vméridionales

du vent au-dessus de la région dijonnaise.

Le radar de GARCHY, en service depuis 1965, tire vers l'Est

avec un angle de site de 45".

Celui de PARAY LE MONIAL, mis en service seulement en 1971,

tire vers le Nord, à un site de 45' également.

La distance entre l'émetteur et le récepteur est faible

(de l'ordre de 30 km en 1966, et de 2 km en 1970), devant la distance

moyenne à la traînée (de 1,'ordre de 130 km) ; en conséquence les stations

d'émission et de réception peuvent être considérées comme confondues en

une station unique (fig. 1-3 et 4).

La puissance émise en ondes entretenues, pour chaque radar,

est de l'ordre de 4 KW et on peut détecter des puissances réfléchies

jusqu'à 10-16 W (- 130 dBm), ce qui correspond au niveau du bruit naturel.

On ne considère lors du dépouillement que les échos ayant un

rapport signal sur bruit supérieur à 10 dB, ce qui correspond, en présence

uniquement de bruit naturel, à des niveaux supérieurs à - 120 dBn.

Cela pemet d'avoir une précision pour un rapport Signal sur

bruit de 20 d5, de 0,7' sur les angles, de 503 m sur la distance et de

0,7 m/s sur la vitesse Doppler.

1 - 3 - DONNEES EXPERIMENTALES TIREES DES ECHOS METEORIQUES

Dans le cas du radar de GARCHY on dispose des nombreuses

campagnes d'enregistrement effectuées depuis sa mise en service.

Chaque campagne, d'une durée de trois à dix jours d'enregistrement

continu (soit de l'ordre de 75 à 250 heure, exceptionnellement

davantage) fournit suivant la saison 100 à 500 échos par jour, dont 50 à

80 % environ avec une mesure de HD.

Dans le cas du radar de PARAY-le-MONIAL, on dispose seulement

d'une campagne de 3 jours (72 h) dont on vient d'achever le dépouillement,

une autre étant actuellement en cours de dépouillernent.

Celle-ci a fourni environ 500 échos, dont 400 avec une mesure

de HD. Ces dernières sont essentielles car l'étalonnage relatif à la

localisation dans l'espace n'étant pas encore effectué à l'époque, on

ne dispose pour cette campagne que de l'altitude HD.

1. - 4 - TRAITEMENT ET UTILISATION DES DONNEES

4 - 1 Utilisation générale pour 1 'étude de la dynamique de l'atmosphère

Les informations contenues dans les échos météoriques ont

été jusqu'ici principalement utilisées pour l'étude des mouvements de

l'atmosphère dans la gamme des altitudes explorées par le radar (80 -

Il0 km), par SPIZZICHINO ( 3L ), REVAH ( If ), GLASS ( ), FELLOUS ( * )

et MASSEBELJF ( Z ) (Thèses et publications du groupe radar météorique

du CEET, 1965 à 1973).

Dans cette zone d'altitude, le vent est supposé horizontal,

et la mesure de la vitesse radiale permet de déterminer une composante

horizontale v (x, y, H, t) selon une direction proche de l'Est (radar de

GARCHY) et du Nord (PARAY LE MONIAL ) .

(.....)

Pour la suite, source et les figures voir le lien