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Vigilance météorologique

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L'observation de l'activité électrique dans l'atmosphère en Nouvelle-Calédonie

photo eclair

Définitions

L’orage est un phénomène atmosphérique caractérisé par l’occurrence d’éclairs et de tonnerre. Il se produit exclusivement en présence de cumulonimbus, nuage à très fort développement vertical et siège de mouvements très intenses.

Au sein de ce nuage, les gouttes d’eau et les cristaux de glace s’entrechoquent violemment et se chargent électriquement. Les particules ont tendance à se regrouper dans des zones en fonction de leur charge positive ou négative. Lorsque la tension, c'est-à-dire la différence de potentiel entre les zones chargées électriquement, est suffisamment grande, une décharge électrique ou arc électrique, se déclenche pour rééquilibrer : il s’agit de l’éclair.

Les éclairs peuvent se produire à l’intérieur d’un même nuage, entre deux nuages ou entre un nuage et le sol : dans ce dernier cas, on parle plus spécifiquement de foudre.

dessin eclairs

Pourquoi mesurer l’activité électrique en Nouvelle-Calédonie ?

La foudre est un phénomène potentiellement dangereux : l’intensité d’un éclair nuage-sol est de l'ordre de plusieurs centaines de kiloampères (kA).  
Les conséquences peuvent être dramatiques pour les êtres vivants comme pour les biens : le foudroiement peut provoquer la mort mais aussi des incendies, des destructions de bâtiments, des dommages électriques, etc., entraînant parfois des dommages secondaires comme la coupure des communications ou d’autres services, la perte d’information, etc.
De nombreux secteurs d’activité peuvent donc être intéressés par les données fournies par le réseau de mesure, que ce soit en temps réel ou pour des études (statistiques) : les gestionnaires de réseaux, les usagers aéronautiques, la sécurité civile, les secteurs agricoles et industriels, le BTP, les sociétés de services, etc.

Pour les météorologues, les intérêts sont multiples. Mesurer l’activité électrique a bien entendu une utilité pour la prévision mais également pour affiner l'observation sur les aérodromes. Toutes les données recueillies permettront également d’étudier les phénomènes orageux dans notre région et enrichiront les études climatologiques. Toutefois, il faudra plusieurs années de mesures pour obtenir des statistiques représentatives, notamment en ce qui concerne le niveau kéraunique.

Il existe des réseaux globaux de détection de la foudre, comme par exemple celui de l'université de Washington (http://webflash.ess.washington.edu/). Ces réseaux fournissent des observations sur tout le globe mais ne réussissent pas à atteindre sur notre zone une efficacité de détection et une précision de localisation comparables à celles d'un réseau local. Ce niveau de performance étant nécessaire pour bon nombre d'applications, la Nouvelle-Calédonie s'est dotée d'un réseau propre.

Le principe de la mesure

Lorsqu’un éclair se produit, il génère une impulsion électromagnétique qui se propage dans toutes les directions. Cette impulsion peut être enregistrée par des capteurs basse fréquence capables de donner des indications sur l’intensité et la direction des impacts, ainsi que de dater leur observation par chaque capteur avec une précision temporelle de l’ordre de la microseconde.

Les informations sont envoyées en temps réel à un logiciel appelé « concentrateur ». En combinant les données enregistrées par les différents capteurs, le concentrateur détermine la localisation et le moment exact de la décharge électrique. Trois capteurs au minimum sont nécessaires afin d’effectuer des calculs par triangulation et à partir  des différents temps d’arrivée du signal à chaque instrument.

capteur lfu

Le transfert et le traitement des données s’effectuent très rapidement. Ainsi, les localisations des arcs électriques sont visualisables sur écran environ 15 secondes après leur occurrence.

chaine impact utilisateursL'installation du réseau en Nouvelle-Calédonie

En Nouvelle-Calédonie,  le réseau de mesure est constitué de cinq capteurs installés sur aérodromes à Koné, Koumac, La Tontouta, Lifou et Maré.
Le système de concentration, traitement, production et archivage est situé au Service de la Météorologie à Nouméa.
carte reso

La mise en place du système a nécessité un travail de longue haleine avec la société Météorage :

  • Une première phase technique s’est étendue sur environ un an : étude de site, conception de l’architecture technique du réseau, obtention des autorisations d’installation de matériel, préparation et installation des infrastructures sur les cinq sites et formation des personnels à la maintenance mais aussi à l’utilisation du matériel.
  • Une fois l’installation finalisée, une période de mesure a été nécessaire afin de calibrer le réseau, c'est-à-dire de corriger les erreurs systématiques.
  • Le réseau a finalement été validé et déclaré opérationnel fin juillet 2014 après un peu plus de 6 mois de fonctionnement.

Le site Internet de Météo-France en Nouvelle-Calédonie affiche des images d'impacts à destination du grand public depuis le 23 mars 2015. Enfin, des produits spécifiquement définis pour les professionnels seront peu à peu proposés.

La qualité du réseau en Nouvelle-Calédonie

L'évaluation de la qualité d'un réseau se fait sur deux critères :

  • l'efficacité du réseau, c'est à dire la proportion d'arcs électriques détectés par rapport aux arcs qui se produisent rééllement ;
  • la précision de localisation des arcs, c'est à dire des décharges électriques (un éclair peut être composé d'un ou plusieurs arcs).

De façon globale, l'efficacité comme la précision de localisation sont très élevées au coeur du réseau et diminuent au fur et à mesure qu'on s'en éloigne. D'autre part, le réseau détecte mieux les éclairs nuage-sol (la foudre) que les éclairs inter- ou intra-nuages.

Ainsi, le réseau de Nouvelle-Calédonie présente une efficacité supérieure à 90 %.

La précision de localisation des arcs est de 1 km au cœur du réseau et passe à 5 km voire 10 km en périphérie. Cette précision progressera lors des prochaines calibrations qui seront réalisées tous les 1 à 2 ans.

Il existe également des erreurs de détection. La plupart sont corrigées par le concentrateur mais certaines peuvent exceptionnellement lui échapper. Elles sont en général repérables car elles se manifestent sous forme d'arcs isolés et se produisent en l'absence de précipitations (détectées par les radars).

Premières informations sur l'activité orageuse en Nouvelle-Calédonie

Nous avons encore peu de recul sur la climatologie de la foudre sur la région. On peut toutefois faire quelques constations sur la fréquence des orages et leur activité électrique. Cette dernière a montré jusqu'à présent de fortes variations dans le temps, en fonction des saisons et des années, ainsi que dans l'espace.

Voici quelques données :

  • Pendant le trimestre de décembre 2014 à février 2015 et sur la zone présentée sur le site www.meteo.nc, le réseau a détecté environ 700 000 arcs électriques répartis sur 70 journées. Environ la moitié des arcs détectés ont touché le sol, l'autre moitié étant des arcs intra-nuages. A titre de comparaison, sur le même trimestre 1 an auparavant (décembre 2013 à février 2014), le réseau avait détecté une activité électrique 10 fois moindre.
  • Lors de la saison fraîche 2014 (juin-juillet-août), l'activité orageuse a été faible avec environ 1 000 arcs détectés et répartis sur une dizaine de journées.
  • Sur la période décembre 2014-février 2015 (voir carte ci-dessous), alors que la chaîne et la façade est du territoire ont été régulièrement foudroyées, certaines régions de la côte Ouest ont été quasiment épargnées.
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