RADIO SONDAGES OZONE

Tout d'abord, voyons quel est le rôle de l'ozone dans l'atmosphère au dessus de la Tropopause (12 km en général).

Son rôle est double :

1. Rôle passif :

   l'ozone fournit un moyen d'étude des grandes masses d'air de la stratosphère. Il joue donc un rôle de traceur pour les masses d'air qui le véhiculent (ainsi que la radioactivité artificielle). Ce rôle de traceur provient du fait que l'ozone de 12 à 30 Km est conservatif, par suite de la basse température de cette région.

2. Rôle actif :

   l'ozone intervient dans le bilan thermique de l'atmosphère, en absorbant à la fois le rayonnement ultraviolet solaire et le rayonnement infrarouge terrestre. La présence d'ozone est responsable des températures relativement hautes qui règnent dans la mésosphère. C'est un facteur d'équilibre thermique.

Les équipements de mesure de l'ozone

PRINCIPE DE LA SONDE OZONE

Comme dans la plupart des autres méthodes de répartition verticale, c'est l'épaisseur d'ozone se trouvant au dessus de la sonde qui est mesurée. La source lumineuse est ici le soleil, et ce sont les propriétés absorbantes de l'ozone dans le proche ultraviolet qui sont utilisées.

La lumière provenant du soleil tombe sur une capsule diffusante, au-dessous de laquelle on place une cellule photoélectrique (cellule Pressler - sensibilité spectrale 2600 à 6500 Å).

Un filtre permanent limite une bande spectrale correspondant à l'extrémité ultraviolette du spectre solaire (filtre U G 11 - bande spectrale de 2700 à 3800 Å).

Un deuxième filtre, mobile devant la cellule, ne transmet qu'une partie, celle des grandes longueurs d'onde, de la bande spectrale ainsi isolée. (filtre W G 2 - bande spectrale 3300 à 4000 Å).

En mesurant l'intensité lumineuse reçue avec ou sans filtre mobile, on peut calculer l'énergie reçue dans les deux cas, et en déduire la quantité d'ozone présente au dessus de la sonde.

En effet, suivant la quantité d'ozone présente, la courbe spectrale de transmission se déplace dans la région où le facteur de transmission du filtre mobile est nul, alors que l'absorption de l'ozone est négligeable dans le domaine de transmission du filtre mobile. Cette dernière mesure permet d'éliminer les variations d'intensité dues aux facteurs autres que l'ozone.

APPAREIL ENREGISTREUR DONNANT LA CONCENTRATION DE L'OZONE DANS L'AIR

PRINCIPE DE LA MESURE:

On utilise le principe très classique de réaction de l'ozone sur l'iodure de potassium en présence d'une dose fixe d'hyposulfite de sodium.

Une pompe à membrane aspire l'air extérieur à travers, d'une part, un compteur volumétrique, et d'autre part à travers une cuve à réaction, contenant un volume fixe de la solution ci-dessus. Dès que la quantité d'ozone correspondant à la dose d'hyposulfite est dépassée, l'iode libéré en excès vient dépolariser l'une des électrodes plongeant dans la cuve à réaction, et une différence de potentiel apparaît. Cette D.D.P. déclenche par une suite de commandes électromécaniques ces opérations dans l'ordre :

1. inscription du volume nécessaire à la réaction par un appareil enregistreur
2. en même temps arrêt de la pompe
3. vidange de la cuve à réaction
4. remplissage et nouvelle vidange
5. remplissage de la cuve et nouvelle aspiration.

DETERMINATION DE LA CONCENTRATION :

Connaissant donc le volume v (en cm3) de la dose de solution utilisée, sa concentration, le volume V en litres d'air ayant traversé la cuve, la concentration de l'ozone est donnée par la relation :

SUR LE CALCUL DU CONTENU TOTAL D'ELECTRONS DANS L'IONOSPHERE A L'AIDE DE SATELLITES PAR LA METHODE BASEE SUR L'EFFET FARADAY

Cette expérience permet de connaître le contenu total des électrons dans un cylindre vertical au dessus de la station d'écoute. Dans un milieu ionisé, où règne une induction magnétique, le plan de polarisation d'une onde tourne : c'est l'effet Faraday.

Il est possible de déduire des rotations Faraday, le contenu total d'électrons à partir de la formule simplifiée :

• Mi est le contenu total d'électrons
• K est une constante connue
• Bm et (teta)m les valeurs moyennes de l'induction magnétique et de l'angle entre le trajet de l'onde et le champ magnétique
• (alpha)i l'angle entre le rayon et la verticale du lieu
• dz un élément de cette verticale
• N densité électronique de l'ionosphère
• hs l'altitude du satellite

On voit que (alpha)i est égal au produit d'une fonction inconnue par une fonction de grandeur géométrique dont les valeurs sont connues, en fonction du temps, par les éphémérides de l'orbite et par les cartes du champ magnétique terrestre.

Pour une fréquence déterminée, on ne mesure pas directement (alpha)i, mais la dérivée de (alpha)i, la fréquence Faraday. Il existe donc une constante d'intégration que l'on ignore.

Le problème peut être résolu d'une façon continue et sans faire d'hypothèse sous la forme de Mi en considérant le cas de 2 stations d'écoute qui ne soient pas trop éloignées l'une de l'autre.

A un instant donné pris pour référence dans les deux stations, les fonctions géométriques sont différentes, la fréquence Faraday également, mais le contenu total est le même. On obtient donc deux équations à 2 inconnues qui donneront après résolution la valeur de la constante d'intégration pour les 2 stations.

Cette méthode exige que, pour un passage déterminé, la trajectoire ne s'éloigne pas trop de l'alignement des deux stations.

Une méthode simple permet le calcul du contenu total d'électrons lorsque le satellite émet sur deux fréquences proches (40 et 41 Mhz) ce qui est le cas à Kerguelen. L'effet Faraday sur ces deux fréquences permet le calcul direct du nombre de rotations; connaissant en outre la fonction géométrique au point de distance minimale, on déduit le contenu total par une simple division.

CONCLUSION

Ainsi, le laboratoire d'optique atmosphérique de Kerguelen, par le dosage de l'ozone, au ras du sol et en altitude, par la mesure du contenu total (et local) d'électrons de l'exosphère, contribue-t-il à une meilleure connaissance des phénomènes extra-terrestres.

Laboratoires et chambres individuelles implantés lors de l'AGI (Photo Jean-Claude Boitel)