Les premières radiosondes françaises, expérimentées
par Robert Bureau dès 1929, utilisait un système
de codage chronométrique organisé autour d'un cylindre
isolant partiellement recouvert d'un revêtement métallique
en forme de spirale. Un principe qui a été utilisé
pendant de nombreuses années par d'autres fabricants de
radiosondes.
Pour l'année polaire internationale de 1932 (août
1932 à août 1933), l'Office national météorologique
étudia une radiosonde susceptible d'être produite
en série. Le prototype fut achevé en mars 1932,
200 radiosondes ont été produites par les soins
de l'ONM cette année-là et 15 d'entre-elles ont
été lâchées à Trappes pendant
l'année 1932. Pour la transformation des valeurs
mesurées en signaux transmis c'est le principe d'Olland
qui a été utilisé, il offre une solution
relativement simple qui résoud à la fois le problème
de la transformation des déformations mécaniques
des éléments sensibles en signaux électriques
et celui de la transmission séquentielle des trois valeurs
de pression, température et humidité.
Description
La photo qui a servi de trame à la figure ci-contre (voir
Musée virtuel de Météo-France)
est celle d'une radiosonde (partie capteurs) fabriquée
par la société Jules Richard pour l'ONM entre 1932
et 1934.
Cette sonde mesurait la pression à l'aide d'un tube de
Bourdon et la température avec un bilame métallique.
Ces deux éléments ne sont
pas représentés sur la figure mais on voit les tringles
Bp et Bt qui transmettent leurs déformations
respectives au système de codage (note : le terme codage
est utilisé ici pour faciliter la description du dispositif
bien qu'il ne soit utilisé aucun "code")
L'ensemble du système peut être considéré
comme un commutateur rotatif dont le curseur C (en rouge) tourne en permanence dans le sens trigonométrique
(vu de dessus), entraîné par un mécanisme
d'horlogerie H. Il entre en contact avec les plots mobiles
P et les plots fixes Sp et St.
La tringle Bp agit comme une bielle en provoquant le déplacement
angulaire du plot P. La tringle Bt agit de même
pour le plot T.
La radiosonde ONM type RGS
Cette radiosonde
française a été utilisée jusqu'en
1955 par les stations de radiosondage françaises. Le système
de codage de la Metox qui l'a remplacée est complètement
différent puisqu'il utilise un plateau circulaire tournant
sur lequel a été traçée une piste
en forme de spirale.
En comparant la photo du mécanisme de la sonde
précédente avec les photos qui suivent on reconnaît
facilement les organes similaires comme le plateau fixe (bordé
de bleu pâle) avec sa forme en Y. Ici il ne comporte plus
que trois plots fixes : St pour marquer le début
de la séquence de mesure de la température, Su
pour l'humidité et Sp pour la pression.
L'apparente complexité supplémentaire est due en
partie au fait que la sonde de 1932 est moins compacte et qu'elle
ne comporte pas de capteur d'humidité.
(Bt) tringle reliant
le capteur de température au système de codage.
Elle agit sur un levier solidaire de l'axe du plot T
(C) doigt d'exploration
entraîné par le mouvement d'horlogerie H
et tournant dans le sens trigo.
(H) mécanisme
d'horlogerie
(St) plot de
synchronisation Température
(Su) plot de
synchronisation Humidité
(T) plot de
mesure de la température
(U) plot de mesure de l'humidité
(Bp) tringle reliant le capteur de pression au système
de codage.
(C) doigt d'exploration
entraîné par le mouvement d'horlogerie. Le crochet
pointu va carresser le plot P en s'escamotant
(Sp) plot de
synchronisation Pression
(P) plot de
mesure de la pression
Principe
Le système de codage s'apparente à un commutateur
électrique rotatif dont le curseur C est entraîné
par un mouvement d'horlogerie H dans le sens trigonométrique,
comme indiqué par la flèche circulaire rouge de
la figure de gauche, ci-dessous. Un tour complet, donc un cycle
de mesure, dure 30 secondes.
Ce commutateur est du type 1 circuit, 6 positions. Il comporte
donc 6 plots dont 3 sont fixes et servent de repères pour
le début des mesures de P, T et U. La position angulaire
des 3 plots mobiles est déterminée par l'état
des trois capteurs. Lorsque le curseur C entre en contact avec
un des plots, un top d'une durée d'une demi-seconde est
envoyé par l'émetteur. Le temps séparant
deux tops est proportionnel à la valeur à transmettre
Plots fixes : ils servent à émettre les tops de
synchronisation indiquant le début de mesure pour chacune
des valeurs physiques :
- St : température
- Sp : pression
- Su : humidité
Les tops de synchronisation sont régulièrement espacés,
on les identifie facilement car l'écart de temps entre
Su et St est nettement plus court qu'entre St et Sp ou Sp et Su.
Plots mobiles : sur la figure de droite ils sont représentés
par des rectangles (repérés T,
P et U en bleu)
dont on mesure l'angle (arc rouge)
On voit que les valeurs sont transmises dans l'ordre T, P et enfin
U, en permanence.
La figure de gauche schématise le fonctionnement du baromètre
avec ses deux capsules de Vidie qui, en se dilatant, repoussent
le levier supportant le plot mobile P comme le soulignent les
flèches vertes. Les mécanismes d'amplification des
déformations du capteur de température (un bilame
métallique roulé en forme de cylindre) et du capteur
d'humidité (un faisceau ou "mèche" de
cheveux) n'ont pas été représentés
pour ne pas alourdir la figure ; leur principe est le même
que celui de la mesure de pression.
Les débattements angulaires des plots de pression et de
température sont plus larges que celui de la mesure d'humidité
car la résolution et la précision de la mesure des
deux premières sont bien meilleures que celle de l'humidité.
La gamme de mesure de chacun de ces capteurs est :
- pression : 1040 à 20 hPa
- température : -80 à +30 °C
- humidité relative : 20 à 100%
(Bp) tringle transmettant
le mouvement de dilatation des capsules de Vidie au levier supportant
le plot P (pression)
(C) doigt d'exploration
entraîné par le mouvement d'horlogerie H
et tournant dans le sens trigo.
(H) mécanisme
d'horlogerie
(St) plot de
synchronisation Température
(Su) plot de
synchronisation Humidité
(T) plot de
mesure de la température
(U) plot de mesure de l'humidité
(Voir légende sur la
figure de gauche)
Les arcs de cercle tracés en rouge représentent
respectivement la durée des trains d'impulsions transmis
pour représenter les valeurs de P (pression), U
(humidité) et T (température)
Les impulsions de remplissage
Pour faciliter la mesure du temps écoulé entre le
top de synchro (plot fixe) et le top de mesure (plot mobile) des
impulsions sont envoyés en permanence par l'émetteur
entre les tops. La période séparant deux impulsions
est très courte puisque leur fréquence est de 50
hertz environ. Elles sont émises par un rupteur formé
d'une petite roue dentée (repère D) et d'une
lame-ressort (rep. L)
La roue dentée D est
entraînée à la vitesse de 5 tours/seconde
par le mouvement d'horlogerie.
Lorsqu'elle touche une dent, la lame-ressort L ferme un
contact électrique qui provoque l'émission d'une
impulsion par l'émetteur. Comme la roue D comporte
dix dents moins une, il est relativement facile de compter les
paquets de 9 impulsions au moment de la réception.
(D) Roue dentée
(L) Lame ressort
Emission et transcription des
signaux
Le rupteur manipulant à 50 impulsions par seconde est en
parallèle avec le commutateur rotatif du dispositif de
codage et les deux sont placés en série dans le
circuit d'alimentation HT du tube. Ainsi, l'émetteur envoie
des points en permanence sauf dans le curseur du dispositif de
codage rencontre un plot, un trait d'une demi-seconde est alors
émis.
Au sol l'opérateur dispose d'une antenne, d'un récepteur
(à superréaction, dans les années 40) et
d'un enregistreur graphique qui traçait sur une bande de
papier de 30mm de largeur la force du signal reçu. Compte
tenu d'une vitesse de déroulement de 8m/min, il fallait
environ 430m de bande pour couvrir les 16000m de hauteur.
Il lui restait à repérer les tops de synchronisation
P, T ou U et à compter les paquets de 10 puis les unités
jusqu'au top suivant indiquant la position du plot mobile. Bien
sûr il lui fallait encore traduire, pour chacun des groupes
de mesures, ces nombres de tops en valeurs physiques : millibars
(les hectopascals n'étaient pas encore de rigueur), les
degrés centigrades et le pourcentage d'humidité
relative en fonction des valeurs d'étalonnage de la radiosonde
qu'il avait relevées quelques heures avant le radiosondage.
Heureusement, des instruments de calculs et des abaques lui facilitaient
le dépouillement qu'il commençait d'ailleurs dès
les premiers mètres de bande tracés. La radiosonde
n'était pas encore revenue au sol que les données
du radiosondage étaient prêtes à être
envoyées.
En réalité ce n'est pas 1 mais 2 opérateurs
qui étaient nécessaires pour un radiosondage PTU
: l'un comptait les paquets d'impulsions et l'autre traduisait
ceux-ci en valeurs réelles. En outre, les mesures de vent
réclamait un troisième opérateur qui suivait
la sonde au radar ou au radiothéodolite. L'enregistrement graphique
Par rapport au décodage
auditif des données codées en morse comme les sondes
Graw ou Molchanov ou celui de la radiosonde VAISALA fonctionnant
par modification de la fréquence d'émission, le
système d'enregistrement graphique adopté par la
France présente un inconvénient : celui de nécessiter
un bon rapport signal/bruit ; les radioamateurs télégraphistes
connaissent bien la supériorité de la CW sur le
RTTY. Il n'est pas trop sensible aux parasites atmosphériques
puisqu'il est basé sur la mesure d'une durée. Mais
son avantage est de garder trace indéfiniment des informations
reçues comme le témoigne la bande conservée
dans les collections de Météo-France à Trappes.
Un reproche que l'on pourrait faire à ce type de codage
est la transmission de valeurs discrètes plutôt que
continues mais la résolution choisie
Sources
- examen de l'exemplaire RSM-028 de la collection de Payerne.
- Rapport sur les travaux de l'O.N.M. - 1932 (archives Météo-France)
- Le Génie Civil - février 1938
- Cours de radiosondage et gonio-sondage par Marc et Gondet -
MF 1947
- Ciel et Terre 1937
- Radiosondages sur le Carimaré par R. Bureau et
A. Perlat dans L'aéronautique d'avril 1938
Remerciements
- Radiosondeurs de Payerne
- Conservateur du Musée du Setim à Trappes.
- Bertrand, ancien de Météo-France.
Pour la transformation des valeurs
mesurées en signaux transmis c'est le principe d'Olland
qui a été utilisé, il offre une solution
relativement simple qui résoud à la fois le problème
de la transformation des déformations mécaniques
des éléments sensibles en signaux électriques
et celui de la transmission séquentielle des trois valeurs
de pression, température et humidité.
Par rapport au décodage
auditif des données codées en morse comme les sondes
Graw ou Molchanov ou celui de la radiosonde VAISALA fonctionnant
par modification de la fréquence d'émission, le
système d'enregistrement graphique adopté par la
France présente un inconvénient : celui de nécessiter
un bon rapport signal/bruit ; les radioamateurs télégraphistes
connaissent bien la supériorité de la CW sur le
RTTY. Il n'est pas trop sensible aux parasites atmosphériques
puisqu'il est basé sur la mesure d'une durée. Mais
son avantage est de garder trace indéfiniment des informations
reçues comme le témoigne la bande conservée
dans les collections de Météo-France à Trappes.