Mesures d'ozone

MétéoSuisse surveille la quantité d'ozone contenue dans l'atmosphère au-dessus de la Suisse avec différents appareils de mesure. Cette tâche est cruciale, parce que la couche d'ozone située dans la stratosphère filtre la majeure partie du rayonnement ultraviolet solaire nuisible.

MétéoSuisse utilise différentes méthodes pour mesurer l'ozone dans la haute atmosphère. Les spectrophotomètres installés à Arosa mesurent la transmittance atmosphérique au rayonnement solaire à différentes longueurs d'onde dans l’ultraviolet. A partir de celles-ci, la quantité intégrée d'ozone dans la colonne d'air est déduite. Le profil d'ozone est lui enregistré directement (in situ) au moyen d’une sonde d’ozone couplée au radiosondage envoyé régulièrement depuis Payerne. Également en service à Payerne, il y a un radiomètre à micro-ondes qui permet de déterminer la concentration d'ozone stratosphérique et mésosphérique entre 20 et 70 km d'altitude.

Mesure de la colonne d'ozone

Les spectrophotomètres mesurent l’absorption du rayonnement solaire à différentes longueurs d’onde dans le domaine spectral de l’UV (300-330 nm). La combinaison de ces mesures permet d'évaluer la quantité totale d’ozone contenue dans la colonne d’atmosphère au-dessus de la station. Deux types de spectrophotomètres appelés respectivement Dobson et Brewer sont en service à Arosa.

Image montrant l'instrument oblong, monté sur une table. L'appareil se trouve dans une salle sous une coupole en verre ouverte en vue de la mesure.
Spectrophotomètre de type Dobson en service à Arosa

Le spectrophotomètre Dobson mesure l’intensité différentielle de paires de longueurs d’onde, dont l’une est peu absorbée et l’autre fortement absorbée par l’ozone en traversant l’atmosphère. Ceci permet de déduire la quantité totale d’ozone. Pour supprimer des effets perturbateurs sur les mesures, trois paires de longueurs d’onde différentes sont mesurées et combinées entre elles . Un opérateur doit exécuter manuellement la mesure avec l’appareil illustré ci-contre. La très longue série de mesures d’ozone d’Arosa est basée sur ce type d’instrument. Une version automatisée du Dobson a été récemment mise au point par MétéoSuisse.

Image d'un appareil monté sur un trépied et installé en plein air sur un toit
Spectrophotomètre de type Brewer de Kipp & Zonen exploité à Arosa

Le spectrophotomètre Brewer mesure l’intensité absolue du rayonnement solaire sur quatre longueurs d’onde dans la plage spectrale UV 310 – 320 nm. La quantité d’ozone peut être déduite de la somme pondérée de ces quatre mesures indépendantes. Fonctionnant automatiquement et très fiable, cet instrument est en service à Arosa depuis plus de 25 ans.

Mesure du profil d'ozone

La sonde ouverte est reproduite sur l'illustration avec la pompe et le réservoir en matière plastique contenant la solution aqueuse d'iodure de potassium.
Sonde d'ozone du type à cellule de concentration électrochimique «Electrochemical Concentration Cell» de la société Droplet Measurement Technology, telle qu'elle est utilisée à Payerne.

Trois fois par semaine, MétéoSuisse mesure le profil d'ozone à l'aide d'une sonde attachée à un ballon aérologique. Le fonctionnement de la sonde est basée sur la réaction chimique des molécules d’ozone (O3) avec l'iodure de potassium (KI) contenu dans les capsules blanches visibles sur l’image ci-contre. L’air est pompé à l’extérieur d’un boitier puis dirigé dans la capsule contenant la solution chimique. Selon le principe d’une cellule électrochimique, la quantité d’ozone renfermée dans l’air peut ainsi être mesurée à l'aide d’un courant électrique circulant entre deux électrodes. Cet appareil est suffisamment léger pour effectuer l'ascension sous un ballon météorologique permettant ainsi la mesure précise et in situ du profil d’ozone depuis le sol jusqu’à une altitude de 30 à 35 km.

Autres systèmes pour mesurer le profil d'ozone

MétéoSuisse dispose de deux autres méthodes pour mesurer indirectement les profils d’ozone par «télédétection» (remote sensing). Nécessitant un traitement informatique relativement complexe, ces mesures fournissent un profil avec une résolution verticale de 7 à 15 km et ceci pour des altitudes comprises entre 20 et 70 km. La première méthode fait appel à un radiomètre à micro-ondes appelé SOMORA et la seconde repose sur une mesure effectuée à l’aide des spectrophotomètres Dobson et Brewer au lever et au coucher du soleil.

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