LA CARTE DES PRECIPITATIONS VUE PAR LES INSTRUMENTS RADAR À PLUIE
écrit le: 24 septembre 2013 par Hela
les longueurs d’onde les plus courtes utilisées par les instruments radar d’observation de la Terre sont de l’ordre de trois centimètres. En deçà, l’onde radar peut être influencée par les gouttes de pluie par un mécanisme de diffusion qui est d’autant plus fort que la longueur d’onde approche de la taille des gouttes. On comprend donc que certaines longueurs d’onde vont pouvoir «rebondir» sur les gouttes d’eau, tout en ayant une bonne chance de traverser jusqu’au sol. Ces longueurs d’onde sont utilisées dans le «radar à pluie», qui pointe une antenne vers le bas et envoie des impulsions dont il écoute le retour en fonction de la distance. La fraction de l’impulsion qui revient avant d’avoir pu atteindre le sol renseigne sur la présence de gouttes de pluie sur le trajet.
Comment concevoir un tel instrument? Cet instrument doit pouvoir distinguer les différentes « cellules » nuageuses responsables de la pluie. Les tailles typiques de ces cellules varient de un à quelques kilomètres. Comme nous utiliserons une longueur d’onde courte, influençable par les gouttes de pluie, par exemple une longueur d’onde de un centimètre (c’est-à-dire une fréquence de l’ordre de 30 gigahertz), nous aurons besoin d’une antenne d’un diamètre tel que, à l’altitude de vol considéré, la résolution soit convenable. Si nous visons une résolution de trois kilomètres depuis une altitude de 600 kilomètres, nous aurons besoin d’une antenne de deux mètres de diamètre en travaillant avec une longueur d’onde de un centimètre. Dans ce cas, la résolution est obtenue «naturellement» par l’antenne, sans que nous ayons recours à des techniques de traitement « exotiques » comme l’ouverture synthétique.
Le radar à pluie emporté par la mission américano-japonaise TRMM («Mission de mesure des précipitations tropicales») (voir la figure en haut de la page ci-contre) est le premier instrument de ce type. La largeur observée est de 220 kilomètres. La meilleure séparation verticale est de 250 mètres, alors que la résolution horizontale est de l’ordre de quatre kilomètres. Le balancement de l’antenne ne nécessite ici aucun déplacement physique, car l’antenne peut orienter son faisceau électroniquement, quasiment instantanément. Pour garder une taille raisonnable à l’antenne,le satellite vole relativement bas (350 kilomètres). Ce satellite a été lancé en 1997.
En pratique, le satellite visera successivement une série de points par basculement latéral de la visée, constituant ainsi une « ligne » de l’image, puis, de fait de sa progression sur son orbite, il s’attaquera à la ligne suivante selon un principe analogue à la formation ligne par ligne des images optiques de spot. À la vitesse orbitale de six à sept km/s, l’instrument disposera d’environ une demi- seconde pour créer une ligne. Cette ligne pourra couvrir quelques centaines de kilomètres de largeur. En pratique, pour atteindre un « rapport signal à bruit » suffisant, les impulsions seront répétées plusieurs dizaines de fois sur chaque point, puis moyennées. Ce type de radar est caractérisé par une résolution horizontale médiocre (typiquement trois kilomètres), mais bien adaptée à la mesure et par une résolution verticale bien meilleure, car liée au principe de discrimination par la distance propre aux instruments radar.