Alors que je commence à écrire ces quelques lignes, je me trouve dans ma chambre d’hôtel située sur le campus de l’Université Lille 1, à deux pas seulement du Laboratoire d’Optique Atmosphérique (LOA) où je viens de terminer ma première journée de formation. Première journée sur deux à Lille pour le photomètre solaire, mais aussi première journée de formation scientifique tout court! En fait, aujourd’hui est officiellement mon premier jour de VSC (volontaire au service civique), mon contrat vient de commencer.

Avant de venir je ne savais pas exactement à quoi m’attendre. Après un échange de mails avec mon responsable ici je m’étais renseignée sur les grandes lignes, mais j’attendais la formation pour en savoir plus.

Ce soir (je complèterai cet article avec les nouvelles infos que j’aurai demain si nécessaire), je me sens boostée par tout ce que j’ai appris au cours de la journée. J’ai engrangé un nombre très important d’informations que j’essaie de retenir autant que possible dans mon petit cerveau et sur mon grand calepin, et ce qui aurait pu m’effrayer ne m’effraie pas. Tout ce nouveau monde m’intéresse beaucoup, au point que j’harcèle presque de questions mon interlocuteur depuis ce matin (Gaël, si un jour tu passes par là…!).

Bon, je vais structurer un peu cet article sinon je vais vous perdre:

L’équipe qui m’accueille

Elle est composée de 4-5 personnes en partie CNRS et en partie universitaires. Ils bossent tous sur le programme AERONET (je vous en parle juste après), et c’est en particulier Gaël qui m’a formée toute la journée. Il a pour particularité d’avoir bossé chez le fabriquant (français, cocorico!) des photomètres solaires utilisés par la NASA pour le programme avant d’arriver dans l’équipe, du coup il connait super bien l’appareil.

Le programme AERONET

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Ce programme scientifique a été lancé par la NASA dans les années 1990′, et est décrit en anglais sur le site qui lui est consacré. Je vous fais un petit remix de ce que j’en ai appris aujourd’hui:

AERONET (AErosol RObotic NETwork) est un réseau mondial de surveillance des aérosols via des photomètres installés au sol (en complément de satellites de la NASA qui effectuent aussi le même genre de mesures depuis là-haut) aux quatre coins du globe.

En temps quasi-réel, les centaines de photomètres répartis sur le globe envoient leurs données qui sont regroupées sur le site de la NASA et accessibles à tous.

C’est quoi les aérosols?

Ce sont de fines particules en suspension dans l’air, qui peuvent être d’origine naturelle (volcaniques par exemple, souvenez-vous de l’éruption du volcan islandais) comme anthropique (fumées industrielles, …). Ces particules jouent un rôle non négligeable sur le climat en absorbant ou diffusant la lumière du soleil sur son chemin jusqu’à la surface de la Terre, et jouant ainsi sur la température au sol. Les aérosols ont aussi une influence sur la formation des masses nuageuses et leur extension, sur le pouvoir réfléchissant des nuages, et donc sur le bilan énergétique de la Terre. Bref, tout cela est mêlé, et c’est expliqué en plus détaillé sur le site du labo ici pour ceux que ça intéresse.

C’est quoi un photomètre solaire?

C’est un appareil pas très gros, une trentaine de centimètres de hauteur, qui va tous les quarts d’heure pointer droit vers le soleil et mesurer ce qu’on appelle l’épaisseur optique. Ce paramètre sans dimension traduit de manière générale la quantité de lumière qui traverse un matériau. Plus l’épaisseur optique est grande, moins la lumière traverse le matériel. Dans le cadre du photomètre, l’épaisseur optique mesurée est celle de l’atmosphère. Elle caractérise donc en quelque sorte la transparence de l’atmosphère. Plus notre visibilité est réduite (s’il y a des nuages, mais aussi s’il y a des aérosols), plus l’épaisseur optique de l’atmosphère est importante.

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Représentations très schématiques et simplifiées montrant l’impact d’aérosols dans l’atmosphère sur l’intensité du rayonnement solaire parvenant jusqu’au sol.

Chaque photomètre coûte aux alentours de 40.000€ (!), et est équipé entre autres de:

  • deux moteurs (un pour bouger en zénith et l’autre pour bouger en azimut) qui lui permettent de traquer le soleil tout au long de sa course dans le ciel,
  • un collimateur qui permet de focaliser les rayons lumineux vers la tête de l’appareil,
  • neuf (ou 12 selon les modèles) filtres UV, visible, IR, polarisants, qui viennent se placer à tours de rôle en face du collimateur pour étudier la lumière à différentes longueurs d’onde,
  • un boîtier collectant toutes les données, qui peut être programmé pour les transmettre à heures fixes à un ordinateur ou même être relié à un transmetteur satellite,
  • une sonde d’humidité externe qui enclenche la mise au repos du photomètre lorsqu’il pleut, tournant alors le collimateur vers le sol pour éviter qu’il ne se remplisse d’eau,
  • une batterie externe qui alimente les moteurs,
  • un panneau solaire qui recharge cette batterie.
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Le boîtier du photomètre n°398, de l’Institut d’Aéronomie Spatiale de Belgique (eh oui, même si c’est une drôle de coïncidence, « isab » n’est pas pour « Isabelle » :p), en calibration sur le toit du LOA.

Le rôle de Lille là-dedans

À ce jour, près de 1000 photomètres solaires (tous fabriqués en France par l’entreprise CIMEL) sont ou ont été utilisés par la NASA dans le cadre du programme AERONET (voir ce tableau). Chacun est numéroté, et on peut ainsi retrouver facilement à quels endroits il a servi, et quelles données il a fournies.

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Réseau AERONET de photomètres solaires au sol (cliquez sur l’image pour accéder au site de la NASA avec le tableau complet beaaaucoup plus long). Je vous ai mis en évidence l’île d’Amsterdam, et ai barré celle de Crozet où les mesures ont été arrêtées fin 2013 car le temps y est tellement mauvais qu’on n’y voyait quasiment jamais le soleil…!

Tous les ans il faut re-calibrer tous ces photomètres en laboratoire, et cela implique une logistique importante. C’est pourquoi, en plus du centre de la NASA elle-même à Washington, quelques autres équipes s’occupent de cette maintenance: le LOA de Lille est ainsi le deuxième plus gros centre de service d’AERONET, gérant 20% du réseau mondial (en particulier toute l’Europe, mais aussi la Chine et une partie de l’Afrique), suivi à plus faible échelle d’un centre en Espagne.

Au laboratoire j’ai donc vu des dizaines de photomètres en calibration sur le toit du bâtiment, d’autres dans une salle noire où ils étaient braqués un à un sur une source lumineuse spécialement conçue pour la calibration, d’autres démontés dans un atelier afin de réparer leurs circuits imprimés, leurs câbles internes, ou encore leurs rouages qui accrochent.

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Photomètres sur le toit du bâtiment du LOA. Ils cherchent automatiquement le soleil toutes les 15 minutes, et ici ne l’ont évidemment pas trouvé à cause des nuages (il faut un ciel dégagé pour qu’une mesure soit possible).

 

En quoi va consister mon travail sur l’île?

Il y a donc en ce moment même déjà un photomètre solaire sur l’île (le programme y est implanté depuis 2001), dont s’occupent Joyce et Nicolas (mes prédécesseurs de la mission Ams66). Ce photomètre va être ramené à Lille pour la maintenance habituelle, et je vais donc amener avec moi sur le bateau un autre photomètre pour l’installer à la place et prendre la suite des mesures pendant un an.

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Photomètre actuellement sur place sur l’île, photos prises par Joyce qui me précède au poste de chimiste de l’atmosphère (cliquez sur l’image pour accéder à l’article source)

L’appareil actuellement sur place a donné du fil à retordre à mes collègues, il n’est en effet pas tout jeune (c’est le numéro 20, c’est à dire le 20ème construit sur près de 1000 aujourd’hui!) et s’accompagne de batteries pas en super forme, de vis rouillées, d’une installation électrique qui a été modifiée au cours des hivernages et dans laquelle on se perd un peu, bref ce n’est pas simple! Voici donc ce que le LOA attend de moi:

  1. Apporter un autre photomètre sur l’île (le numéro 648, donc bien plus récent), avec tout l’appareillage qui va avec,
  2. Démonter toute l’installation actuellement sur place sur l’île pour remonter un système en n’utilisant que les pièces que j’amène avec moi, sans apports de composants ou batteries extérieurs qui pourraient être mal adaptés,
  3. Éventuellement déplacer légèrement l’implantation du photomètre sur place. Il est pour l’instant vissé sur une roche à plusieurs dizaines de mètres (?) du bâtiment où se trouve l’ordinateur auquel il est relié par un câble. Le LOA voudrait si c’est possible l’implanter sur le toit de ce bâtiment,
  4. Peut-être changer la sonde d’humidité, remplacer l’actuel petit capteur qui reste mouillé longtemps après l’arrêt des précipitations (et inhibe donc des mesures qui pourraient être faites si le ciel s’est dégagé entre temps, ou le matin avec la rosée) par un nouveau « capteur de mouvement » qui détecte plutôt la chute des gouttes d’eau,
  5. Tenter de mettre en place internet sur l’ordinateur relié au photomètre, et ainsi permettre un envoi automatique des données. Pour l’instant cet ordinateur n’est pas relié à internet, il sert donc juste de lieu de stockage des données transmises deux fois par jour via le câble par le photomètre. Les hivernants récoltent ces données sur une clé usb une fois par semaine et les envoient ensuite manuellement par email au LOA et à la NASA pour une mise en ligne. Cet envoi pourrait se faire de manière automatique quotidiennement comme c’est le cas sur la plupart des sites mondiaux, si on connecte l’ordinateur à internet.

Dans un cas optimal, une fois toute cette installation de départ terminée, le photomètre bien programmé vit sa vie tout seul et avec l’envoi automatique des données je n’aurai pas à le toucher pendant un an! Bien sûr ça ne s’est jamais passé comme ça (jusqu’ici il y a de toute façon au moins l’envoi manuel des données à faire toutes les semaines), et j’aurai à le surveiller étroitement pour repérer tout malfonctionnement ou dysfonctionnement. Il me faudra identifier les problèmes, trouver leurs causes (batterie défaillante? câble débranché ou abimé? rouille de composants? toile d’araignée dans le collimateur?) et réparer tout ça à chaque fois.

Pour m’aider, je serai en lien permanent par emails avec l’équipe du LOA, qui forte de son expérience saura dans la plupart des cas grâce à mes descriptions et photos m’aider à identifier la source du problème.

Prochaine formation..

Voilà pour ce qui est de ma première formation scientifique. Je commence mardi la seconde au LSCE de Gif, et le plus dur va être de ne pas tout oublier du LOA en essayant de retenir les nouvelles choses que je vais apprendre! Je vais en effet découvrir de nouvelles machines, ce sera aussi le cas à Grenoble, et même si maintenant tout me parait bien clair concernant le photomètre, il y a de fortes chances pour que dans deux mois lorsque je débarquerai sur l’île mes souvenirs de moteur bi-axial, collimateur, câble ZN et scénario track soient quelque peu atténués…

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