5.1 Contexte et type de données
5.1.2 Données concernant le système et conséquence sur les straté-
5.1.2.1 Données système
En plus du LiDAR le tube contient également une chaîne de thermistances, deux accéléromètres, et une sonde d’humidité. Outre les mesures fournies par ces capteurs secondaires les données reçues comprennent également les valeurs du cou-rant consommé par le LiDAR à un instant donné, et de la tension des batteries (cf Tableau5.2). Les informations apportées par toutes ces données permettent de réaliser un suivi du système déployé tout au long de sa dérive et d’éventuellement détecter un dysfonctionnement ou de comprendre la/les cause(s) d’une perte de si-gnal. Un dysfonctionnement peut par exemple se traduire par une surconsommation du LiDAR, mais peut aussi très bien être naturellement dû à une hausse du signal global (augmentation de la consommation de l’APD) associée à une baisse de tem-pérature (hausse de consommation du système Peltier de régulation de la source).
Cette température est fournie par la chaîne de thermistances disposée le long de la face interne du tube (cf Figure5.3) permettant notamment de confirmer la stabilité thermique dans le bas du tube (courbe bleue), avec une température moyenne sur la campagne Barneo de -2.6oC. Une bonne thermalisation a également été constatée sur la première période de la campagne N-ICE2015, avec une moyenne de -2.4oC dans le bas du tube malgré les températures très basses en surface et les variations brutales (jusqu’à +35oC en 5 jours). Des légères hausses de températures régulières sont visibles dans le bas du tube, correspondant à la mise en route du chauffage du Peltier régulant la source du LiDAR. Lors de la campagne Barneo des valeurs plus négatives entre le 275ième et le 320ième jour Julien correspondent également à une période où l’inclinaison du tube était très importante. On suspecte alors une remontée vers la surface du fond du tube qui ne trempait donc plus dans l’eau, avec peut être la formation d’une gangue de glace. La connaissance de l’inclinaison est fournie par les accéléromètres, permettant ainsi de corriger les mesures pour obtenir l’altitude réelle des nuages et aérosols détectés (cf Figure5.3). Il existe en outre des périodes lors desquelles la bouée est très inclinée, à la limite de l’horizontale, ce qui peut s’expliquer par la formation de crêtes de compression ou de "leads" (canaux plus ou moins larges d’eau libre dans la banquise(cf Figure5.4)) lors du mouvement
des plaques.
8 -4.5 thermistance 1 (bas) °C
9 -9.9 thermistance 2 (bas) °C
10 -13.4 thermistance 3 (bas) °C
11 -13.4 thermistance 4 (bas) °C
12 -13.6 thermistance 5 (bas) °C
13 -11.9 thermistance 6 (bas) °C
14 0.7 angle d’inclinaison (axe X) °
15 0.8 angle d’inclinaison (axe Y) °
16 -8.3 température interne inclinomètre °C
17 11.8 humidité relative interne (au niveau de la carte cerveau) %
18 -13.3 température du capteur d’humidité °C
19 3 heure de fin de mesure h
20 11 minute de fin de mesure min
21 14 seconde de fin de mesure s
22 70 N premiers canaux résultant
de la moyenne spatiale suivante...
23 1 moyenne unitaire
24 85 N canaux suivants
25 2 moyenne sur 2 canaux
26 140 N canaux suivants
27 4 moyenne sur 4 canaux
28 50 N canaux suivants
29 8 moyenne sur 8 canaux
30 35 N canaux suivants
31 14 moyenne sur 14 canaux
32 380 nombre total de canaux d’un profil LiDAR
33 600 nombre de profils moyennés temporellement (ici environ 10min d’acquisition)
34 24.1 tension des piles LIDAR V
35 0.445 courant des piles LIDAR à un instant donné A
36 4.001 (tension supplémentaire annexe 4) V
37 3.002 (tension supplémentaire annexe 5) V
38 2.15 (tension supplémentaire annexe 6) V
39 0.998 (tension supplémentaire annexe 7) V
40 350 durée cumulée de fonctionnement du chauffage
en mode batterie interne minute
41 20 durée cumulée de fonctionnement du chauffage
en mode batterie externe minute
TABLEAU 5.2 – Ensemble des données répertoriées dans le fichier d’observation LiDAR, obtenu à partir des profils correspondant au signal reçu par le système et à l’écart type temporel pour chaque canal.
5.1. Contexte et type de données 109
Figure 5.3 – Haut : Barneo 2014 : inclinaisons fournies par les deux accéléro-mètres. Milieu : Barneo 2014 : températures fournies par la chaîne de thermistances à l’intérieur du tube. Bas : N-ICE2015 : températures fournies par la chaîne de thermistances à l’intérieur du tube pendant la campagne N-ICE 2015 durant la première dérive de la version non polarisée.
Enfin la bouée possède plusieurs systèmes GPS permettant de suivre sa dérive.
Ce suivi a été possible lors de cette première campagne jusque début décembre 2014 (environ 8 mois), période à laquelle le signal a été perdu définitivement dans une région proche du nord du Svalbard (cf Fig 5.5). Ces signaux GPS ont égale-ment permis de suivre les dérives des bouées lors de la campagne N-ICE2015 (cf Figure 5.6).
Figure 5.4 – Bouée IAOOS 4 sur le point d’être récupérée lors de la campagne N-ICE 2015. Cette photo montre clairement les conséquences possible des crêtes de compression et des "leads" sur l’inclinaison de la bouée.
Figure 5.5 – Positions GPS relevées lors de la première campagne en 2014, et report de la dérive sur une carte simplifiée centrée en longitude sur le pôle Nord et le Svalbard (les nombres entre parenthèses correspondent aux jours juliens). On pourra remarquer l’aspect fragmentaire des données GPS au début de la dérive, à cause d’une mauvaise communication avec le réseau IRIDIUM aux latitudes très élevées.
5.1. Contexte et type de données 111
Figure 5.6 – Positions GPS relevées lors de la seconde campagne en 2015. Les repositionnements successifs des bouées ont abouti à deux périodes de dérive plus ou moins longues pour chaque version de LiDAR. La première dérive de la version polarisée est représentée par des pointillés bleues afin de laisser transparaitre celle de la version non polarisée, car au début de la campagne les deux bouées ont pu être déployées simultanément, mais seule la version polarisée a pu être récupérée lors d’une levée de camp en urgence.
5.1.2.2 Identification des périodes d’intérêt Barneo 2014
Outre l’intérêt des informations précédentes pour connaître ce que subit une bouée IAOOS en région arctique, elles permettent aussi d’affiner les analyses. En particulier la connaissance de l’inclinaison amène à considérer séparément les pé-riodes en fonction de son importance, car une inclinaison élevée aura pour consé-quence une portée beaucoup plus faible mais une résolution plus élevée dans les très basses couches troposphériques. C’est pourquoi les analyses seront partitionnées se-lon 4 périodes correspondant à des inclinaisons presque nulles ou très importantes (cf Fig 5.7), et délimitées par les dates d’observations LiDAR suivantes :
• période 1 : du 14 avril 2014 à 3h au 2 juillet 2014 à 9h (258 profils)
• période 2 : du 2 juillet 2014 à 15h au 17 août 2014 à 3h (180 profils)
• période 3 : du 17 août 2014 à 9h au 8 octobre 2014 à 3h (208 profils)
• période 4 : du 8 octobre 2014 à 9h au 1 décembre 2014 à 15h (car les 2 profils reçus le 2 décembre correspondent à un retournement total de la bouée (inclinaison supérieure à 90o), donc sont inutilisables) (123 profils)
Figure 5.7 – Inclinaisons selon les deux axes perpendiculaires définis par les accé-léromètres. Les 4 périodes qui seront analysées indépendamment sont séparées par les traits en pointillés noirs.
N-ICE 2015
Dans le cas de la campagne N-ICE les périodes d’étude correspondent à celles de déploiement des bouées. En effet celles-ci ont été déployées verticalement dans la glace proches l’une de l’autre (quelques centaines de mètres) et récupérées à chaque levée de camp, sauf dans le cas de la première dérive de la version non polarisée car celle-ci a dû être laissée en dérive autonome lors du premier leg.
5.1.3 Données liées au LiDAR