Détecteur de foudre - Définition
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Introduction
Un détecteur de foudre est un appareil qui permet de capter l'onde électromagnétique générée par un éclair provenant d'un orage. Les détecteurs de foudre sont utilisés par les services météorologiques, comme le Service météorologique du Canada, Météo-France et le National Weather Service américain, pour suivre les orages et prévenir les populations de leur arrivée. Différentes autres organisations comme celles pour la prévention des feux de forêts, le transport électrique, la fabrication de matériel explosif et l'industrie du transport aérien se fient à ces appareils pour coordonner leurs opérations.
Types et principes de détection
Il existe différents systèmes de détection de la foudre :
Moulin à champ
Un moulin à champ est un instrument de mesure d'un champ électrique statique. En météorologie, cet instrument permet, grâce à l’analyse du champ électrostatique au-dessus de lui, de signaler la présence d'un nuage électriquement chargé traduisant l'imminence de la foudre.
Le principe consiste à mesurer la tension alternative crée sur une électrode alternativement masquée et exposée au champ à mesurer.
Antennes directionnelles
Les détecteurs de foudre les plus sophistiqués comportent une antenne à plateau horizontal et deux antennes en boucle placées orthogonalement (à 90 degrés l'une de l'autre) dans la verticale. Un magnétogoniomètre détecte le champ électromagnétique émis par le coup de foudre, ce champ induisant un courant dans les boucles. Il y a un rapport entre la tension de ce signal et l'amplitude du champ magnétique qui équivaut au cosinus de l'angle entre l'antenne en boucle et la direction du coup de foudre.
Une comparaison entre les amplitudes des signaux dans les deux boucles permet de déterminer l'axe direction de l'éclair. Il reste cependant une incertitude sur la direction car un cosinus de X et de (X + 180) degrés donne le même résultat : on sait dans quel axe vient la foudre mais pas encore de quelle direction. Pour résoudre cela, l'appareil utilise la donnée de l'antenne à plateau horizontal.
Ce système peut distinguer entre les décharges nuage-sol et les autres formes de foudre ou de l'interférence par la signature électromagnétique. En effet, l'éclair atteignant le sol produit une impulsion électrique soudaine très caractéristique.
Pour découvrir la position de l'éclair, il faut ensuite trouver la distance à l'antenne réceptrice. Il existe deux façons:
- Réseau d’antennes réceptrices : par triangulation des directions et des temps d'arrivée d'un signal à au moins trois antennes, on peut déduire la position. Trois antennes sont nécessaires puisque la foudre n'est pas un signal ponctuel mais provient de n'importe quel point entre le début et la fin de l'éclair. Deux antennes peuvent donc noter des directions d'origines différentes et une troisième antenne est nécessaire pour confirmer la provenance à l'intérieur d'un rayon de résolution donné.
- Système à antenne unique et qui peut être mobile : on trouve ensuite la distance par l’analyse de la fréquence et de l’amplitude du signal.
Par satellite
La détection de la foudre par satellite artificiel s'effectue en balayant la zone de vision pour la détection des flashs lumineux produit par les orages. On utilise pour cela des satellites géostationnaires comme les GOES et METEOSAT qui se situent à environ 36 000 km de la Terre. À cette distance, on peut négliger l'épaisseur de l'atmosphère et la position peut être déduite en latitude et longitude directement. Il faut cependant faire attention à la parallaxe introduite en allant vers les pôles.
