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Ballon-sonde Pour les articles homonymes, voir Ballon.  Un ballon-sonde est un ballon à gaz utilisé dans les domaines de la météorologie et de l'astronautique. Il s'agit d'un ballon libre non habité, utilisé pour faire des mesures locales dans l'atmosphère grâce à un certain nombre d'instruments mis à bord dans une nacelle appelée radiosonde, ainsi que d'un réflecteur radar ou d'un système de radiolocalisation pour le suivre et donc déterminer la vitesse des vents[1],[2]. Le ballon-sonde a été inventé par Gustave Hermite en 1892[3]. Son principal intérêt est de pouvoir atteindre des altitudes d'au moins 35 km, le record étant de 53 km[4], difficile à obtenir avec des moyens plus conventionnels tels que les avions, et à un coût bien inférieur à une fusée-sonde ou un satellite. HistoireLe développement des connaissances en météorologie nécessite de connaître les variables de vent, température, pression et humidité tant au sol qu’en altitude. À la fin du XIXe siècle, les chercheurs et météorologues ne disposent que de données très éparses en surface. Gustave Hermite, un inventeur français, a l’idée de relâcher un ballon auquel il attacherait des instruments. Cependant, la radio n’étant pas encore inventée, il doit récupérer ces instruments en recherchant le point de chute après l'explosion du ballon. Le , Hermite lâche son premier ballon-sonde fait en papier enduit de pétrole. Il mesurait quatre mètres de diamètre et transportait un baromètre à mercure de 1,2 kg[3]. Son idée se répand d’abord lentement mais des chercheurs, comme Léon Teisserenc de Bort et Richard Aßmann, découvriront grâce à ce système la tropopause, la stratosphère et les autres couches de l’atmosphère. Après quelques essais à partir de 1927, Pierre Idrac et Robert Bureau associent aux capteurs un petit émetteur radio à lampe qui retransmet au sol en temps réel les valeurs mesurées[2]. Le premier vol d’un ballon-sonde retransmettant par radio la mesure de la température est effectué le à Trappes[2],[5]. La récupération des données n’est plus tributaire d’une aléatoire récupération de l’épave du ballon, c’est la naissance du radiosondage moderne. En 1940, les radiosondes ont complètement remplacé les météographes d’avion pour des sondages quotidiens. À partir de là, les météorologues utiliseront les informations recueillies pour développer un modèle conceptuel de la circulation atmosphérique et les intégreront dans la prévision météorologique. Types  Il existe plusieurs types de ballons-sondes :
Éléments constitutifs Un ballon-sonde est constitué d'une chaîne de vol, composée par :
UtilisationsIl existe trois catégories d'utilisation des ballons-sondes :
Utilisation classiqueLa plupart des ballons expérimentaux ont un but d’étude de l’atmosphère (par exemple : la couche d’ozone) et sont mis en œuvre par des professionnels tels que le CNES ou des universités. Il existe aussi des ballons météorologiques dont le but est de relever la température, l’humidité, la vitesse et la force des vents qui aident à l’élaboration de prévisions météorologiques : il s’agit des radiosondages. Les lâchers de ces ballons s’effectuent deux fois par jour, à 0 h TU et 12 h TU, selon une convention de l’Organisation météorologique mondiale[2]. Tous les pays du monde participent à ces lâchers et la répartition des sites fait l’objet d'ententes. En France, par exemple, il existe sept stations de radiosondage[2]. Utilisation amateurLes ballons-sondes sont lancés depuis longtemps par les radioamateurs. Dans les années 1970, il y avait par exemple en France les "sondes ANJOU" qui emportaient dans l'atmosphère un relais radioamateur à large bande pour permettre des liaisons radio à grande distance. Comme l'horizon vu du ballon est donné par la relation où h est l'altitude du ballon, un ballon à l'altitude de 35 000 mètres a son horizon à 767 km et la liaison radio en vue directe est possible alors que l'atténuation du signal émis par l'émetteur du ballon est très faible. Ce qui explique que le signal reçu au sol pour un émetteur de très faible puissance de 100 à 500 milliwatts est excellent. D'où l'intérêt pour l'expérimentation radio et météo par les radioamateurs. Un ballon pouvant emporter plusieurs nacelles, un système de caméra de télévision ATV directe en couleur peut même être embarqué dans l'une d'elles. Par exemple une nacelle radioamateur, suivie d’une nacelle école et d’une nacelle télévision peuvent constituer la charge d'un ballon. Les nacelles peuvent être séparées ou réunies pour former un bloc compact d’environ 30 cm de côté. La masse totale de l’ensemble ballon, nacelle et accessoires ne doit pas dépasser 4 kg. Les ballons amateurs sont lâchés par des associations de radioamateurs quand il y a des émetteurs à bord. Il ne peut pas y avoir de ballons lancés par des personnes isolées, non déclarées et non autorisées à émettre dans l'espace. Les élèves, les enseignants, les amateurs et les radioamateurs peuvent être impliqués dans le même projet et travailler en équipe, pour mener à bien un projet et le déclarer à l'aviation civile. D'autres associations de radioamateurs n'ont pas obligatoirement de projet avec les écoles mais un nombreux public est présent dans toutes les phases de leurs démarches dont des jeunes (ex. ballons BOUFIGO dans la région de Marseille). Ils travaillent souvent de concert avec d'autres organismes comme la sécurité civile. La nacelle principale est munie d'un émetteur VHF ou UHF. En France la fréquence réservée est 144,650 MHz par conventions internationales IARU. Les fréquences autour de 434.650 MHz sont très utilisées dans le monde. Les transmissions durant la voie montante du vol peuvent servir à des actions sur les expériences à bord avec des composants de puissance comme des relais, des servomoteurs ou d'autres systèmes interactifs. Les radioamateurs peuvent expérimenter et innover avec des ballons hélium ou solaires en contrôlant l'altitude du ballon au moyen d'une soupape. Ils peuvent également exécuter le largage ou l’éclatement de l'enveloppe à un moment et pour une altitude très précise. Il est enfin possible de modifier la trajectoire d'un ballon à distance au moyen de la voie montante UHF ou VHF qui transmet des données codées vers le ballon. Les utilisateurs peuvent suivre le déplacement du ballon sur un fond de carte grâce à un logiciel approprié car un module GPS associé à un émetteur et à une interface APRS permet une localisation précise en temps réel de la nacelle pendant presque tout le vol depuis 1996 en France. Le taux de récupération peut alors atteindre 100 % grâce aux prévisions de trajectoire utilisant les prévisions sur les vents de plus en plus fiables et disponibles sur Internet. Le point de chute peut parfois être obtenu avec une précision de l'ordre de 250 à 500 mètres grâce à ces prévisions et aux données GPS lors du vol. Les équipes de récupération radioamateurs sont souvent sur le lieu de la chute avant l'arrivée du ballon pour assurer la récupération du matériel de la nacelle. Les radio-amateurs de la sécurité civile participent souvent pour pratiquer un entraînement de recherches dans la nature. Voir FNRASEC. Les ballons-sondes sont de formidables vecteurs pour les expériences. C'est pour cela que par exemple en France le CNES, en partenariat avec l’association Planète Sciences, permet aux jeunes de créer eux-mêmes leur(s) expérience(s) dans le cadre du programme « Un ballon pour l'école ». Celles-ci seront alors accrochées à une nacelle sous un ballon en latex qui peut atteindre 25 à 30 km d'altitude[15]. Ces expériences menées déjà dans de nombreuses écoles (~150 par an) permettent aux élèves d'étudier l'atmosphère, la pollution, de prendre des photos ou des films à des altitudes diverses. Ces projets doivent commencer en début d'année scolaire et le lâcher se fait de mars à mai. Statistiquement et grâce à l’autocollant posé sur la nacelle, on récupère 2 ballons sur 3. La recherche au sol s'effectue par radiogoniométrie classique pratiquée par des radioamateurs qui organisent la récupération à la demande des écoles. Le taux de récupération des nacelles peut également atteindre 100 % dans ce cas. Depuis l'avènement des caméras d'actions, des amateurs ont détourné l'usage des ballons-sondes pour atteindre la stratosphère et y réaliser des images spectaculaires d'objets[16]. Notes et références
Voir aussiArticles connexesLiens externes
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