Lors de la campagne 2000, il n’existait pas de moyen d’accorder l’horloge interne des ordinateurs qui contrôlaient et récupéraient les différents appareils (CPC, FSSP, …) ou sonde (e.g. CVI). Ce défaut a été corrigé lors de la campagne suivante. Toutefois, il est important de noter ces décalages pour de futures études. Or il est possible de les déterminer à l’aide d’une recherche de la meilleure corrélation possible entre des paramètres à définir parmi ceux utilisés. Cette recherche est faite à l’aide du programme RechCorrelation.vi.
Microphysique Spectromètre 3550 secondes (hiver)
CVI Spectromètre 200 secondes
CVI CPC 90 secondes
5 Correction du bruit sur la mesure :
Une fois les données du CPC 3022 corrigée, on se rend compte que la phase interstitielle est polluée (présence de pic de concentration de particules). Il faut donc filtrer ces données avant de les exploiter. De plus, lors de la campagne 2000, le temps de réponse du CPC 3022 utilisé avec le RJI était de 20s. Afin de ramener les concentrations de particules du RJI (NRJI) et du FSSP (NFSSP) à des variabilités comparables, elles sont moyennées sur 20s.
En dehors des pics de concentrations mesurés derrière le RJI, il existe de fortes variations aléatoires pour les mesures de concentrations avec le CPC 3760 et avec le FSSP, aussi appelés « bruit de mesure ». Lors de la campagne 2000, ce bruit avait été estompé en moyennant sur 20s les échantillons. Seulement, une moyenne a aussi pour effet d’inclure le bruit dans les valeurs mesurées et de réduire le nombre de mesures. Pour les données 2001, j’ai pu utiliser une méthode habituellement employée pour l’analyse des images satellites fournie par C. Duroure.
L’algorithme correspond à utiliser une série de transformation telles que :
Data filtrée = Erosion (Dilatation (Dilatation (Erosion (Data)))) avec une horizon de 2. Ouverture Fermeture
L’ouverture permet d’éliminer les pics ascendants et la fermeture les pics descendants. L’horizon correspond à la largeur des pics à éliminer et vaut en général 2 points de mesure. Cette correction a été appliquée surtout pour les données du CPC 3760 derrière le RJI, car il s’agit d’un traitement lourd et très long. Cela le rend difficile de l’appliquer au FSSP surtout que l’influence du traitement sur les dernières classes (les plus bruitées) sera très importante pour la détermination du LWC. Par exemple, si l’on moyenne chaque classe du FSSP sur 5 minutes, on s’aperçoit que le LWC ne varie plus car les dernières classes sont devenues des constantes.
L’influence du bruit se faisant surtout sur l’écart type des données, cela peut empêcher d’apercevoir des pics moins importants de fréquences d’apparition. Mais cela n’améliore pas l’interprétation des données.
Annexe 3 Principe et Calibration du CVI
Le principe du CVI se base sur le fait que seul les éléments ayant suffisamment d’inertie pourront traverser la zone de contreflux. Pour un CVI au sol, un tunnel d’accélération est nécessaire afin que les éléments nuageux aient suffisamment de vitesse pour le processus d’échantillonnage inertiel. L’air nuageux transportant les hydrométéores et les particules interstitielles rencontre alors l’entrée circulaire du CVI. Un écoulement d’air sans particule et sec
(Fsupply) arrive radialement au travers du tube poreux du CVI. La plupart de cet air est ensuite
récupérée par les analyseurs connectés au CVI. Une petite partie, le contreflux (Fcounterflow), est constamment obligée de sortir du CVI à l’encontre de l’air accéléré. Le plan où la vitesse axiale est nulle, entre le flux récupéré et le flux rejeté, est appelé plan de stagnation. La longueur de stagnation (Lstag) est définie comme la distance qu’un élément nuageux a à parcourir dans le contreflux pour atteindre le plan de stagnation. Si l’on considère des éléments nuageux de même densité, l’inertie est directement reliée à la taille aérodynamique de la particule. Le diamètre de coupure D50% est alors défini comme le diamètre aérodynamique où 50 % des éléments nuageux sont récupérés. Les éléments (particules et/ou hydrométéores) plus petits que le diamètre de coupure du CVI sont donc rejetés comme le représente la courbe rouge de la figure A.3.1. Les éléments récupérés sont échantillonnés dans l’air sans particules et sec du flux de retour (Freturn). L’évaporation qui suit, libère les particules et les gaz dissous contenus dans les hydrométéores. Au final, les résidus de gouttelettes peuvent subir des analyses physique et chimique. En faisant, varier le contreflux du CVI, et donc, l’emplacement du plan de stagnation, le diamètre du plus petit élément échantillonné peut être contrôlé dans une certaine gamme de taille.
Dans la zone de décélération du CVI, comprise dans le flux de retour, les éléments nuageux subissent des pertes par sédimentation. En supposant que de la matière se dépose par impaction sur les parois des tubes du CVI, la partie horizontale du CVI doit être courte et être suivie d’une partie verticale descendante où le processus d’évaporation peut se poursuivre sans importante perte par impaction. Cette jonction verticale définit une taille de coupure de 50 µm qui a été théoriquement calculée.
Ce cas idéal, où tous les flux sont laminaires et ne se perturbe pas, n’arrive pas dans la réalité. En effet, le tube poreux peut perdre de son efficacité, et surtout, la présence de saletés sur les parois
peut favoriser les turbulences et donc l’impaction de matière sur les parois. Ces effets sont d’autant plus sensibles que les flux utilisés sont grands.
D’un autre côté, on considère généralement qu’une particule résiduelle est associée à un hydrométéore. Cependant, il se peut que ce dernier se brise dans le tunnel d’accélération à cause d’une vitesse trop importante (Schwarzenboeck and Heintzenberg, 2000), cela se produit plus facilement pour les cristaux de glace qui ont une surface de prise à l’air plus importante que les gouttes pour un diamètre aérodynamique équivalent.
Afin de déterminer les pertes à l’intérieur du CVI, les concentrations de particules résiduelles ont été comparées à celles des gouttes mesurées par le FSSP.
1.1 Comparaison avec le FSSP
La concentration totale des particules résiduelles (NCPC) est mesurée par un CPC 3010 (entre 10 nm et 3 µm de diamètre) disposé en aval du CVI. Les corrections effectuées sur ces données sont indiquées en annexe. N3010 est comparé à la concentration totale de gouttelettes mesurées par le FSSP (NFSSP) et à la concentration estimée pour un diamètre de coupure de 7.5 µm (N7.5) qui est celui déterminé expérimentalement par Vocourt (2002) avec 150 m/s dans le tunnel à vent, un flux d’alimentation de 10 l/min et un contre flux de 2 l/min.
Le spectre de gouttelettes obtenu par le FSSP lors de la campagne 2000 est discrétisé par classes de 3 µm pour une gamme de diamètre allant de 3 à 45 µm. Afin de faire une estimation du diamètre de coupure, la première classe et 50% de la 2ème classe sont soustraits à la concentration totale de gouttelettes tel que représenté sur la figure ci-dessous.