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 Le système de codage de la radiosonde O.N.M.
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Voir aussi :  Les préliminaires, de 1783 à 1928 Les débuts du radiosondage : 1929 à 1940 - Radiosonde ONM type RGS 1940-1955Le codage chronométrique pour les premières radiosondes - 


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.