INTRODUCTION
La vapeur d’eau dans l’atmosphère est le premier gaz à effet de serre. Dans la stratosphère, son impact sur le bilan radiatif, sur les mécanismes clés dans la chimie de l’ozone et sur la formation des aérosols est très important. En raison de son expérience dans ce domaine avec l’instrument ELHYSA, le LPC2E développe un nouvel hygromètre à point de givre pour l’étude de la stratosphère pouvant être embarqué sur des ballons légers dilatables ou être utilisé en charge utile secondaire sur les BSO (Ballons Stratosphériques Ouverts). Les ballons légers permettent une grande facilité de lancement. Ainsi il devient aisé de faire des suivis temporels ou des analyses géographiques. En plus de la légèreté de cette instrument, le coût de fabrication devra être très bas (≤5k€) pour être compatible avec le risque de perte des instruments sous ballons légers. Le principe de mesure par point de givre (ou point de rosée) est la méthode de référence dans le cas de l’étude de la stratosphère car celle-ci est bien adaptée aux faibles concentrations et elle a une grande dynamique de mesure. Un tel développement nécessite un banc de test ou de calibration de ce prototype qui a été notre premier travail et qui a débuté en fin 2014.
LE BANC DE TEST ET DE CALIBRATION
Ce banc est principalement composé d’une chambre contenant l’instrument et d’un saturateur d’air humide. L’ensemble fonctionne en circuit fermé. Dans le saturateur, la température est très inférieure à celle du reste du circuit. Elle y est contrôlée par un module à effet Peltier. L’air s’y sature au contact des surfaces recouvertes de glace (température de point de givre). Puis l’air qui en sort est ramené à la température de la chambre de mesure avant d’y entrer. La circulation de l’air dans ce circuit se fait par un ventilateur. Il sera ainsi possible de tester l’hygromètre aux différentes températures (d’environ -20°C à -50°C) tout en autorisant le choix du taux d’humidité de l’air (température de givre d’environ -30°C à -80°C).
Le circuit d’air du banc est relié à une pompe permettant de choisir la pression pour simuler l’altitude à laquelle ce test est fait. Avec ce banc nous pourrons simuler les conditions de la stratosphère (humidité, température et pression) pour notre instrument.
DESCRIPTION / PRINCIPE / PERFORMANCES DU MICRO-HYGROMETRE
Les précédents hygromètres du LPC2E mesurent le point de givre avec une grande précision en utilisant un petit miroir refroidi par un système cryogénique à azote liquide. Ce miroir est contrôlé en température et la détection du givre à sa surface se fait avec une source lumineuse et un détecteur optique. La mesure de la température du point de givre donne le taux d’humidité relative en connaissant la température de l’air.
Une forte miniaturisation est obtenue en remplaçant le miroir par un élément piézoélectrique : un quartz. Celui-ci sera contrôlé en température par un module à effet Peltier. Comme dans le cas des microbalances à quartz nous utiliserons ce quartz pour mesurer une masse : ici celle de l’eau qui s’y dépose. Le quartz ou lame de quartz a sa fréquence de résonnance modifiée par la présence d’une très faible masse à sa surface. La mesure de la fréquence nous renseigne sur la quantité de givre déposé. Il n’y a plus de source lumineuse et plus de détecteur optique.