Procédures de vol

Les deux objectifs principaux du projet MEDEE pendant la campagne TRAQA sont de valider l’utilisation de l’instrument en avion pour la mesure de flux par DEC et de tester le couplage avec un analyseur PTR-MS pour la mesure de flux de COV. Un troisième objectif consiste à étudier la faisabilité des mesures de flux lors de trajectoires circulaires. La mesure de flux en avion comporte quelques particularités. Généralement des pé- riodes de 4 à 5 minutes sont utilisées pour le calcul des flux. En avion, une période de 5 mn correspond à une distance parcourue d’environ 30 km ce qui permet d’échantillonner suffisamment de tourbillons pour calculer un flux. Les flux sont calculés sur des trajec- toires rectilignes où les incertitudes sur le calcul de la vitesse verticale sont minimisées (angles d’attaque, de roulis et de tangage faibles).

Avec la méthode DEC, le calcul du flux doit être fait sur une période d’au moins 15 mn pour avoir suffisamment d’échantillons (section 2.4.6). En avion une période de 15 mn correspond à une distance parcourue d’environ 100 km. Il est difficile de trouver une surface homogène d’extension de 100 km en France. En effet, en vue de la campagne ChArM Ex de 2013, un des objectifs de la campagne TRAQA était de tester la mesure de flux de COV sur la forêt de chênes pubescents. Il n’a pas été possible de localiser une forêt de chênes pubescents homogène sur suffisamment de kilomètres pour être survolée en 15 min. Une trajectoire circulaire a donc été envisagée pour pouvoir rester au-dessus de la zone à étudier pendant un temps assez long. Ce type de trajectoire n’ayant pas été testé auparavant pour la mesure de flux par EC ou DEC, plusieurs séquences de vol ont ainsi été effectuées au dessus de la forêt des Landes. Les séquences de vol correspondantes à des survols de la forêt des Landes doivent permettre de valider les séquences de vol non rectiligne.

La campagne TRAQA a totalisé un nombre de 17 vols. Parmi ces 17 vols, deux vols ont été spécifiquement dédiés aux tests de MEDEE et plusieurs autres séquences de vol ont permis de mesurer les flux par DEC. Le premier s’est déroulé au-dessus des Landes et au-dessus de l’océan avec pour les mesures de flux deux axes rectilignes de 15 min en survol à basse altitude (90-95 m) et deux séquences de 15 min en trajectoire circulaire au-dessus de la forêt des Landes. Puis en seconde partie, deux axes rectilignes de 15 min au-dessus de l’océan (105-115 m). Pour le second vol, deux phases de 15 min ont été effectuées avec une trajectoire en hippodrome sur une forêt de chênes pubescents en Haute Provence, suivie de deux phases de 15 min sur un zone agricole homogène, près de la ville d’Avignon. MEDEE a aussi pu fonctionner pendant d’autres séquences lorsque les conditions étaient propices à la mesure de flux, c’est à dire lorsque l’altitude de vol était faible et que la zone survolée était homogène (mer Méditerranée, océan Atlantique).

Les trajectoires circulaires ont été effectuées lorsque la zone d’étude ne présentait pas une extension horizontale suffisamment grande. Les flux sont calculés sur une période d’environ 15 min.

Code vol Trajectoire Surface Altitude /sol (m)

vol17c1 circulaire forêt des landes 115

vol17c2 circulaire forêt des landes 105

vol17a1 axe rectiligne forêt des landes 90

vol17a2 axe rectiligne forêt des landes 95

vol17a3 axe rectiligne océan At. 620

vol17a4 axe rectiligne océan At. 620

vol20a1 axe rectiligne mer Med. 750

vol21a1 axe rectiligne mer Med. 315

vol27a1 axe rectiligne mer Med. 165

vol27a2 axe rectiligne mer Med. 580

vol27a3 axe rectiligne mer Med. 580

vol28a1 axe rectiligne mer Med. 550

vol28a2 axe rectiligne mer Med. 930

vol29c1 circulaire forêt de chênes 200

vol29c2 circulaire forêt de chênes 200

vol29c3 circulaire zone agricole 182

vol29c4 circulaire zone agricole 182

vol30a1 axe rectiligne mer Med. 550

Table _{5.1 –} Liste des périodes de vol de 15 mn avec MEDEE en fonctionnement pour la campagne TRAQA.

5.3.3 Traitement des données

Au total, 19 périodes de vol ont été traitées pour l’ensemble de la campagne (tableau 5.1). Le code vol différencie chaque période de vol. La lettre "a" signifie que la trajectoire de vol pendant la période était rectiligne, la lettre "c" indique une trajectoire circulaire.

Les séquences de vol 17c1, 17c2, 17a1, 17a2 correspondent donc à des survols de la forêt des Landes circulaires et rectilignes. Les séquences de vol 29c1 et 29c2 correspondent au survol de la forêt de chênes pubescents à proximité de Montmeyan en Haute Provence. Les séquences de vol 29c3 et 29c4 sont faites sur une zone agricole à proximité d’Avignon en cercles.

Les données mesurées par l’avion sont récupérées après avoir été traitées par une filière de calcul de l’équipe ANTEE (Saïd et al., 2010). Le fichier de données comprend la vitesse verticale w, la température T en degré C, le rapport de mélange de vapeur d’eau r en g kg−1 _{puis les vitesses horizontales de l’air u et v. Les vitesses sont exprimées en m s}−1_{. Un}

filtre spectral est appliqué aux séries temporelles pour isoler les fluctuations. La date de début de la série est connue au centième de seconde et la fréquence de calcul ou l’intervalle de temps entre chaque ligne est de 1/25e _{de seconde.}

Une première étape consiste à synchroniser ces mesures. En effet, il existe un décalage temporel entre la mesure de vent ou de température et la mesure d’humidité. Ce décalage est dû à la distance qui sépare les capteurs, au temps de transit de l’information entre le PC d’enregistrement du signal du LI-7500 et la centrale d’acquisition de l’avion et au retard de l’émission du signal par le capteur. Une étude de la fonction d’inter-corrélation entre les paramètres w et q, et T et r permet de déterminer le décalage temporel. Un exemple de fonction d’inter-corrélation est illustré par la figure 5.19. Le décalage temporel est donné par la position du maximum de la fonction d’intercorrélation.

D’autre part, la centrale d’acquisition de MEDEE enregistre aussi le signal du LI-7500. Ce signal à la fois enregistré par l’avion et la centrale de MEDEE permet de synchroniser les signaux de l’avion avec les mesures de MEDEE. Les données avion à 25 Hz sont ré-

5.3. VALIDATION DE LA VERSION AÉROPORTÉE DE MEDEE 99 f in te r- co rr el a ti o n (T ,r ) d´ecalage temporel (1/25 s) −300 −200 −100 0 _{−100 −200 −300} −0, 2 0 0, 2 0, 4 0, 6

Figure _{5.19 –} Exemple de fonction d’inter-corrélation pour les variables T et r.

échantillonnées à 10 Hz pour les calculs de flux. Une fois l’ensemble des données disponibles sous la même base de temps (10 Hz) la synchronisation est vérifiée par étude de la fonction d’inter-corrélation.

La sélection des périodes de calcul de flux se fait en fonction des séquences de vols. Des périodes de 15 min pendant lesquelles l’avion survole une zone homogène et à altitude constante ont été sélectionnées pour le calcul des flux. Une analyse du produit w′_q′ et

de la somme cumulée du produit sur la période permet de s’assurer des conditions de stationnarité. La figure 5.20 montre la série w′_q′ _{et sa somme cumulative en fonction du}

temps pour une période du vol 29. La courbe représentant la somme cumulée se rapproche d’une droite et ceci montre que le flux est spatialement homogène.

Figure _{5.20 –} Série temporelle du produit w′_q′ _{et de la somme cumulée de |w}′_q′_{| pour une}

période de 30 min pendant le vol 29.

Les concentrations mesurées par le LI-6262 couplé à MEDEE ont été converties en rapport de mélange en utilisant la température et la pression de la cellule de mesure de l’analyseur. Une perturbation importante a été observée sur les mesures de concentration en CO2 par le LI-6262. Son origine n’a pas pu être identifiée clairement et les données ne

sont donc pas présentées. Les échantillons de la DEC sont datés selon la méthode décrite dans la section 4.5 et les flux sont calculés par la méthode EC, DEC simulée et DEC pour chaque période de vol sélectionnée. Seuls les flux de chaleur latente ont été calculés.

EC DEC sim. DEC

Code vol Altitude/surface (m) LE (w m−2_{) LE (w m}−2_{) LE (w m}−2₎

17c1 115 336,69 140,64 24,55 17c2 105 215,16 257,16 217,61 17a1 90 158,50 231,88 158,13 17a2 95 145,75 136,81 122,87 17a3 620 -35,12 -71,70 -55,87 17a4 620 105,95 84,52 94,02 20a1 750 -20,64 -15,41 -5,99 21a1 315 7,05 -1,15 -4,74 27a1 165 47,39 62,91 38,41 27a2 580 3,48 6,94 8,00 27a3 580 0,81 6,63 15,84 28a1 550 6,22 -12,97 -14,17 28a2 930 19,42 14,69 14,98 29c1 200 189,83 241,36 239,28 29c2 200 200,16 245,91 241,51 29c3 182 243,82 546,07 494,37 29c4 182 254,67 256,77 281,25 30a1 550 17,71 9,85 11,52

Table _{5.2 –} Liste des périodes de vol et des flux de chaleur latente calculés pour la campagne TRAQA.