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Les réflecteurs radar pour ballons-sondes

Voir aussi : Lâcher d'un ballon-sonde - La radiosonde VAISALA RS90-A  - Le diagramme des vents  - 


Buts

Le repérage et le suivi d'un ballon par radar répond à des besoins très divers.
a) mesure des vents
Avant l'utilisation des moyens de localisation comme Omega, Loran ou GPS, le moyen généralement utilisé pour suivre l'évolution d'un ballon dans le ciel et déduire la direction et la vitesse des vents en altitude a été le radar. En fonction de la distance et de la direction du ballon on peut reconstituer par calcul le diagramme des vents. Auparavant, les déplacements du ballon étaient mesurés par radiogoniométrie à l'aide de radiothéodolites. Le radar est encore utilisé de nos jours avec les radiosondes émettant sur 1680MHz ou bien des sondes comme la RS90A. Les artilleurs français en campagne utilisent encore des stations SIROCCO (Station Intégrée Radar d'Observation Continue des COurants aérologiques) équipées d'un radar de poursuite de ballon-sonde ; les données recueillies par la mesure des vents et transmise par la radiosonde (P, T et U) complètent les éléments de tir.
b) sécurité aérienne
Bien que la probabilité de collision entre un avion et un ballon stratosphérique soit extrêmement faible et que les risques qui en découleraient soit très limités, les ballons-sondes au delà d'une certaine masse doivent être munis d'un réflecteur radar. C'est le réflecteur pliant en forme d'octaèdre qui est utilisé. Il est placé entre le parachute et la nacelle (photo ci-contre)
c) étalonnage de radar
La position d'une radiosonde localisée par DGPS (GPS différentiel) peut être connue avec une grande précision. Cette mesure peut permettre la vérification du fonctionnement d'un radar chargé de la surveillance du ciel.

Rôle du réflecteur

Pour un radar, un ballon et sa petite nacelle sont très peu visibles, les ondes réfléchies par une radiosonde sont de très faible intensité. En outre, l'amplitude du signal réfléchi peut varier selon l'orientation de la nacelle. Il existe ainsi plusieurs types de réflecteurs dont le but est généralement de réfléchir la plus grande partie de l'énergie reçue (cas du réflecteur en forme d'octaèdre) ou au contraire une très faible partie de cette énergie mais de façon très précise (cas du réflecteur sphérique).


Le réflecteur octaédrique

Son principe est connu depuis très longtemps sous la forme d'un triple miroir qui a la particularité de réfléchir la lumière exactement dans la direction dont elle vient. Les trois miroirs sont disposés à angles droits comme les trois faces d'un cube partageant le même sommet. Le rayon lumineux frappant le premier miroir sera réfléchi sur le second puis sur le troisième et repartira en direction de la source. En regroupant huit dispositifs semblables on obtient un réflecteur qui, quelle que soit la précision de son orientation et la direction du rayon lumineux, renverra ce dernier à l'expéditeur avec un minimum de pertes. Comme pour un miroir plan, la puissance du rayon lumineux réfléchi sera proportionnelle à la surface réfléchissante, aux pertes près.
La taille des réflecteurs radar utilisés pour le suivi des radiosondes dépend de la distance maximale à laquelle la sonde doit être suivie. Il n'est pas rare que, par grand vent, le ballon dérive de plus de 150km pendant la phase de montée (16000m). Un réflecteur de plus grande dimension est alors nécessaire pour assurer le suivi, donc la mesure des vents, à haute altitude.
Sur les figures ci-dessous on comprend comment un dièdre (fig. de gauche) renvoie un rayon lumineux. Sur le trièdre de la figure centrale le rayon lumineux se réfléchira trois fois (une voire deux fois dans des cas particuliers) avant de retourner exactement vers la source.
La figure de droite montre un réflecteur radar utilisé sur les ballons-sondes. Il est démontable, très léger mais un peu fragile lors des récupérations dans les arbres. On imagine que, quelle que soit la direction dans l'espace d'où provient le signal du radar, celui-ci rencontrera un des huit trièdres.
La "surface équivalente radar" (SER) d'un tel réflecteur est de l'ordre de 7m²

deux faces réfléchissantes		trois faces réfléchissantes		24 faces réfléchissantes

Le réflecteur pyramidal spécial radiosondage

  Le réflecteur octaédrique réfléchit les signaux radar de toutes les directions : ceux d'un radar embarqué dans un avion se trouvant au-dessus de lui comme ceux venant du sol. Pour le radiosondage, le but est seulement de suivre la sonde depuis le sol. Un "demi-réflecteur " octaédrique, autrement dit une pyramide avec la pointe en bas, suffit ; il est moins encombrant, plus facile à monter et sans doute moins coûteux à fabriquer.
 Du début des années 1960 jusqu'à la fin des années 1980, le suivi des radiosondes du réseau français était assuré par des radars de type RV2 fabriqués par l'OMERA puis dans les années 1970 par des RAFIX de la même société. Le réflecteur représenté sur la photo ci-contre (de Michel F5ZJ) a été retrouvé par un agriculteur dans les années 80 et provient très vraisemblablement d'un radiosondage effectué par la station de Brest-Guipavas. La toile réfléchissante est en mylar métallisé. Son aspect terne est dû à un long stockage dans un grenier agricole.


Mise en oeuvre ou démontage d'un réflecteur pliant

Le réflecteur octaédrique est facile à monter et à déplier et ne tient pas plus de place qu'un petit parapluie quand il est replié. En cas de découverte d'un réflecteur répliable, le chasseur de RS (ou de ballon-école) n'aura qu'à appliquer la méthode suivante :

Tirer sur lecapuchon double reliant les extrémités des deux tiges supérieures (celles guidant la ficelle)		les deux tiges se séparent et le clip qui les maintient est facilement identifé		faire pivoter le clip pour libérer les deux tiges		Le réflecteur radar se replie comme un parapluie. Il suffit de l'enfiler dans une boîte ou un sac étroit.

Le réflecteur sphérique

Comme le trièdre qui renvoie intégralement l'énergie reçue (ou presque, car il y a toujours un peu de pertes et de diffusion), le réflecteur sphérique réfléchit toute l'énergie qu'il reçoit. Mais à cette différence près qu'il l'a renvoie dans (presque) toutes les directions et qu'une très faible partie est retournée à la source, c'est à dire au radar lui-même. Le pourcentage d'énergie retournée est connu ce qui permet, en fonction de la distance, de vérifier la sensibilité du radar en plus de sa précision en direction et en distance.
Le BEM "Monge" effectue de temps en temps des radiosondages équipés de réflecteurs sphériques.

Une très faible partie de l'énergie est réfléchie en direction du radar		un réflecteur et une DFM-06

Un réflecteur radar ancien

Jusque dans les années 1980 certains réflecteurs radar utilisé avec les radiosondes suivies par radar ressemblaient à une sorte de parapluie dont la toile était un fin grillage.
Il ne comportait que 4 trièdres puiqu'il n'avait à réfléchir que les ondes venant du sol, donc depuis une hauteur inférieure à la sienne. C'est un réflecteur pyramidal comme décrit plus haut dans cette page.
Il mesure environ 2m d'envergure.

Voir page : Réflecteur radar ancien Chemring.





Sources et documentation

- La météorologie en Finistère Histoire 1720-2002 - Arc-en-Ciel n°11 - 2014
- Historique des radars météorologiques par Michel BEAU - Arc-en-Ciel n°168 - 2012

Remerciements

- Wolfgang, DK8WX,
- Richard, radiosondeur de Bourges
- Radiosondeurs de Payerne
- Michel F5ZJ