Instruments de mesure

Le réseau de mesure automatique est équipé d'instruments de mesures précis et d'une technique de communication ultramoderne. Le programme de mesure des différentes stations et les instruments utilisés à cette fin sont définis en fonction de l'affectation des stations de mesure. Tous les appareils employés répondent aux normes de l'Organisation météorologique mondiale (OMM).

De multiples instruments de mesures sont utilisés dans le réseau de mesure des stations au sol automatiques (SwissMetNet). La constitution et l'exploitation opérationnelle d'un réseau de mesure de cette envergure pose un défi particulier en Suisse compte tenu de la topographie accidentée et des conditions météorologiques, parfois rudes. L'ensemble des appareils employés remplissent les critères stipulés dans la certification et ils satisfont les normes de l'OMM relatives à la précision, à la ventilation et au chauffage.

Température et humidité de l'air

Appareil installé sur un pont de mesure; les instruments sont protégés par un boîtier métallique.
Thermo-hygromètre Thygan

MétéoSuisse utilise l'instrument Thygan de la société suisse Meteolabor SA pour mesurer la température et l'humidité de l'air. L'appareil ventilé remplit les exigences élevées quant à la précision de mesure et il se prête également à l'emploi en altitude dans des conditions climatiques extrêmes. La température est mesurée à l'aide d'un thermocouple cuivre-constantan. L'humidité de l'air est relevée au moyen d'un hygromètre à condensation. Un miroir logé dans l'hygromètre est alors refroidi jusqu'à ce que l'humidité se condense à sa surface. L'humidité de l'air est déterminée avec précision à l'aide de la température du point de rosée.

Hémisphère métallique blanche protégeant les capteurs situés à l'intérieur.
Thermo-hygromètre de la société Rotronic

Les capteurs de température et d'humidité de la société Rotronic sont logés dans un dispositif de protection contre le rayonnement et les intempéries présentant une ventilation active. La température est mesurée au moyen d'un thermomètre à résistance de platine (PT100). L'humidité relative de l'air est calculée à partir des variations constatées dans les propriétés d'un polymère hygroscopique.

Températures en surface

Appareil de mesure placé dans l'herbe avec deux capteurs blancs.
Appareil de mesure du type PT100 pour déterminer la température en surface. Deux capteurs disposés à l'horizontale mesurent la température à différentes hauteurs du sol (0cm et +5cm).

Les deux capteurs blancs mesurent la température de l'air à la surface et à 5 cm au-dessus du sol au moyen de thermomètres à résistance de platine (PT100). Informant du risque de gel, ces températures servent dans l'agriculture et à l'appréciation de l'état des routes. En outre, la température en surface représente un paramètre importante dans la météorologie de la couche limite atmosphérique.

Températures du sol

Appareil de mesure avant l'installation; une barre munie de trois capteurs permet de déterminer la température à l'intérieur du sol.
Appareil de mesure du type PT100 pour déterminer la température du sol

Cet instrument permet de mesurer les températures du sol à 5, 10 et 20 cm de profondeur. Comme sur les appareils servant à relever les températures en surface, le principe de mesure repose sur un thermomètre à résistance de platine (PT 100).

Pression atmosphérique

Appareil de mesure avant l'installation; le capteur se trouve à l'intérieur du boîtier métallique.
Baromètre numérique du type PTB 330 pour déterminer la pression de l'air

La pression atmosphérique est évaluée à l'aide d'un baromètre numérique de la société Vaisala. Les appareils se distinguent par leur grande stabilité et leur haute précision. Le baromètre PTB 330 est fourni avec des capteurs BAROCAP® à triple redondance garantissant une qualité de mesure et une fiabilité élevées.

Direction et vitesse du vent

L'appareil est constitué d'un anémomètre à coupelles et d'une girouette; il est installé en haut d'une tour de mesure.
Appareil de mesure pour déterminer la direction et la vitesse du vent au moyen d'un anémomètre à coupelles et d'une girouette

L'instrument L14512 de la société Lambrecht détermine la direction du vent grace à un potentiomètre qui indique l'orientation de la girouette. La force du vent est mesurée d'après la vitesse de rotation de l'anémomètre à coupelles, sachant que le nombre de tours de l'anémomètre est proportionnel à la vitesse du vent.

L'appareil se compose de quatre capteurs métalliques, installés en haut d'une tour de mesure.
Instrument Thies2D pour déterminer la direction et la vitesse du vent au moyen de signaux ultrasonores

Les données relatives au vent sont établies à l'aide de signaux ultrasonores sur l'anémomètre ultrasonique 2D de la société Thies. Deux paires de capteurs sont disposés respectivement à la perpendiculaire les uns des autres. Les différences constatées dans les temps de propagation des signaux entre les différents capteurs sont alors exploités pour déterminer la vitesse et la direction du vent.

Pluviométrie

Récipient collecteur cylindrique en métal, ouvert par le haut.
Appareil de mesure pour déterminer le volume de précipitations (pluviomètre) reposant sur un dispositif à augets basculants.

MétéoSuisse utilise des pluviomètres de la société Lambrecht (types 1518 H3 et 15188) pour mesurer le volume de précipitations. Les pluviomètres sont chauffés pour faire fondre les précipitations solides telles que la neige. Le système de mesure est fondé sur un dispositif à augets basculants. Dès que le récipient atteint la limite de remplissage en cas de précipitations, il se vide automatiquement en basculant. Le nombre de basculements par unité de temps détermine la quantité de précipitations.

La cellule de pesée et le réservoir sont protégés par un couvercle en matière plastique blanche. Le récipient collecteur est reconnaissable à son ouverture par le haut.
Appareil de mesure pour déterminer le volume de précipitations au moyen d'une cellule de pesée

L'instrument de mesure des précipitations Pluvio2 de la société Ott repose sur le principe de la pesée. La quantité des précipitations liquides, solides ou mixtes est déterminée par une cellule de pesée scellée hermétiquement. L’instrument se caractérise par une  grande précision de mesure et des besoins d’entretien limités.. De plus, l'électronique moderne facilite le contrôle de la qualité des données et le suivit technique de l’instrument. À la différence des pluviomètres fonctionnant selon le principe de l'auget basculeant, cet appareil recueille les précipitations dans un réservoir qui doit être vidé lors de l’entretien annuel de l’instrument.

Durée des précipitations

Un couvercle en matière plastique blanche protège le capteur.
Appareil de mesure pour déterminer la durée des précipitations

L'appareil de la société Thies enregistre le début et la fin des précipitations au moyen d'un capteur opto-électronique chauffé. Une barrière photoélectrique à infrarouge détecte les précipitations se produisant sous la forme de bruine, de pluie, de neige et de grêle. Ce type d’instrument fournit le nombre de minutes pluvieuses dans l’intervalle de mesure.

Rayonnement de courtes longueurs d'onde

Une petite coupole en verre laissant passer le rayonnement incident et entourée d'un écran de recouvrement protégeant les instruments des influences de l'environnement.
Appareil de mesure pour déterminer le rayonnement de courtes longueurs d'onde (305 - 2800 nm)

Le pyranomètre CM 21 de la société Kipp & Zonen mesure le rayonnement hémisphérique de courtes longueurs (305 - 2800 nm) au moyen d'une thermopile. Le principe de mesure repose sur une surface recouverte d'une couche noire s'échauffant sous l'effet du rayonnement solaire. Cette énergie thermique est transformée en une tension électrique mesurable, ce qui permet de déterminer l'énergie du rayonnement incident.

Durée d'ensoleillement

Une coupole en verre à travers laquelle pénètre la lumière solaire et une enveloppe sphérique protégeant les instruments des influences de l'environnement.
Appareil de mesure pour déterminer la durée d'ensoleillement

Le pyranomètre SPN-1 de la société Delta-T Devices mesure la durée de l'ensoleillement et le rayonnement de courtes longueurs d'onde. Le principe de mesure repose sur sept thermopiles indépendantes qui sont partiellement/totalement dans l'ombre sous l’effet d’un masque (construit en matière plastique noire). Les différentes conditions de luminosité, sachant qu'au moins un capteur se trouve toujours à l'ombre, permettent de déterminer la durée de l'ensoleillement ainsi que le rayonnement direct et diffus.

Les ailettes rotatives en cours d'utilisation sont visibles sous une calotte en verre.
Appareil de mesure pour déterminer la durée d'ensoleillement

L'appareil Solar 111 B de la société Hänni enregistre la durée de l'ensoleillement. Six petites photodiodes indépendantes captent le rayonnement solaire incident. Les ailettes pivotant rapidement couvrent d'ombre les cellules solaires les unes après les autres, à de brefs intervalles. La durée d’ensoleillement est déterminée comme étant la somme de tous les instants durant lesquels un écart minimal est dépassé entre l'ensoleillement non perturbé et la valeur relevée lors de la projection d'ombre. Cet appareil n'étant plus produit, il est remplacé progressivement par le pyranomètre SPN1 de la société Delta-T Devices décrit ci-dessus.

Rayonnement de grandes longueurs d'onde

Une coupole en silicium noir, entourée d'une enveloppe sphérique protégeant les instruments des influences de l'environnement.
Appareil de mesure pour déterminer le rayonnement de grandes longueurs d'onde (4.5 - 42 nm)

Le pyrgéomètre CG-4 de la société Kipp & Zonen évalue le rayonnement incident de grandes longueurs d'onde. Il mesure alors essentiellement le rayonnement thermique (infrarouge), émis par la surface de la Terre et renvoyé par l'atmosphère. Tandis qu'une coupole en verre transparente sert à déterminer le rayonnement de courtes longueurs d'onde, le pyrgéomètre CG-4 utilise une coupole en silicium foncé ne laissant passer que le rayonnement infrarouge.

Radioactivité

Capteur cylindrique, monté en position verticale sur une barre métallique.
Appareil de mesure pour déterminer la radioactivité

L'appareil IGS de la société Technidata mesure le rayonnement radioactif (débit de dose gamma) de l'environnement. MétéoSuisse réalise ces relevés sur mandat de la Centrale nationale d'alarme. L'utilisation de ces instruments de mesure au sein du réseau SwissMetNet permet l'alerte rapide et ciblée de la population dans le cas de valeurs d'irradiation dépassant un seuil fixé. L'appareil lui-même n'émet aucun rayonnement radioactif.