DESCRIPTION

Les éclairs émettent non seulement de la lumière et du son, mais aussi un rayonnement électromagnétique de large spectre. Les caractéristiques de ce rayonnement électromagnétique varient selon les composantes qui constituent l’éclair. Le rayonnement émis dans le domaine VHF existe durant les trois phases d’un éclair qui sont la phase des traceurs, la phase active et la phase de jonction. Ce rayonnement VHF est associé aux processus d’ionisation de l’air par les traceurs négatifs et les traceurs positifs. Les traceurs négatifs émettent par nature du rayonnement VHF d’amplitude plus grande et sont majoritairement localisés par SAETTA de fait de leur émission impulsionnelle.

Principe de mesure de SAETTA

Parmi les différentes techniques de localisation des éclairs, la méthode des différences de temps d’arrivée consiste à apparier des phénomènes impulsionnels détectés par au moins 4 détecteurs distants. Ces détections sont menées à haute résolution temporelle (~40 ns) avec une grande précision d’horodatage. Chaque impulsion est alors positionnée à l’intersection de plans hyperboloïdes sur chacun desquels se trouve la localisation potentielle de cette impulsion pour un duo de détecteurs. Pour SAETTA, un minimum de six stations est requis pour localiser en 4 dimensions (temps, latitude, longitude, altitude) chaque impulsion.

Description d’une station SAETTA

L’instrument SAETTA est constitué de 12 stations déployées en Corse. Chaque station est constituée d’une antenne VHF (détection des éclairs), d’un récepteur GPS (datation précise des événements), d’une antenne de télécommunication (suivi des stations et diffusion de données en temps réel), d’un boîtier électronique assurant la détection, la discrimination, le stockage sur site et le transfert en temps réel des enregistrements, et enfin de moyens en alimentation électrique (panneau solaire et batteries). Chaque station de SAETTA enregistre le signal électromagnétique et en stocke certaines caractéristiques sur des disques de stockage en local mais transmet via la téléphonie mobile des données dégradées mais suffisantes pour suivre en temps réel l’activité électrique en Corse et sa région.

Fonctionnement du réseau SAETTA

SAETTA fonctionne selon deux modes : un mode temps réel et un mode temps différé. Les données collectées en temps réel par les 12 stations de SAETTA sont transmises via Internet à un serveur dédié au Laboratoire d’Aérologie (Toulouse) d’où sont calculées les positions des décharges électriques avec un délai de 3 minutes. Le mode temps différé effectue les calculs de positions des décharges électriques à partir des données stockées sur à chaque station et récupérées après chaque visite d’entretien. Ce sont les données temps différé qui sont exploitées pour les analyses scientifiques.

Un exemple d’éclair intra-nuage

La figure 1 présente l’évolution temporelle de l’amplitude du signal VHF détecté par les 12 stations SAETTA durant environ 1,4 secondes. Ces différents signaux montrent la quasi continuité temporelle du signal émis par l’éclair. A noter que des seuils d’acquisition propres à chaque station compte tenu du bruit électromagnétique ambiant expliquent les différentes valeurs minimales de la puissance mesurées à chaque station.

La figure 2 présente l’éclair qui a été reconstruit à partir des signaux détectés par les 12 stations et présentés à la figure 1. Cet éclair est un éclair dit intra-nuage situé sur la façade orientale de la Corse. D’une durée de 1,4 secondes, il s’est déclenché à 11 km d’altitude, son traceur négatif s’est propagé dans la partie haute du nuage entre 10 et 12 km en s’éloignant du point de déclenchement sur une distance de plus de 30 km. Son traceur positif quand à lui s’est tout d’abord propagé vers le bas depuis la zone de déclenchement pour ensuite s’étendre horizontalement à 5 km d’altitude jusqu’à une distance de 20 km.

Exemple d’un orage

La figure 3 présente les observations de l’INE SAETTA pour une situation orageuse située au dessus la Corse le 15 septembre 2020 entre 14:30 et 17:30 (heure locale). Cette figure montre la capacité de l’INE SAETTA à enregistrer en même temps l’activité électrique de plusieurs cellules orageuses (Figure 3c). Sur ces trois heures d’enregistrement, plusieurs activités électriques isolées se sont développées durant des périodes allant de quelques minutes à une vingtaine de minutes (Figure 3a). Les éclairs se sont développés jusqu’à une altitude maximale de 12 km (Figure 3a, 3b, 3d). Certains éclairs se sont même propagés à une altitude comprise entre 8 et 11 km dans l’enclume de l’orage le plus au sud de la situation présentée (Figure 3b, 3c, 3d). La distribution verticale des décharges électriques (Figure 3e, 3j) indique clairement des zones de charges électriques centrées à 10, 6 et 4 km altitude. Une analyse de la structure des éclairs et des propriétés des signaux enregistrés par les 12 stations de l’INE SAETTA permettent de dire que ces cellules orageuses présentent toute une structure tripolaire de zones de charges, à savoir une zone de charges positives à 10 km d’altitude, une zone de charges négatives à 6 km d’altitude, et une zone de charges électriques positives à 4 km. Pour davantage exploiter les données de l’INE SAETTA, des densités de décharges électriques sont calculées et tracées (Figure 3f à 3j). Elles permettent d’identifier rapidement les zones orageuses les plus actives électriquement tant en position géographique qu’en altitude.