Les chercheurs de l'ETH Zurich font voler les drones météo de Meteomatics à travers les nuages

Les nuages sont l'un des principaux éléments qui régulent le climat de la Terre. Comprendre la microphysique des nuages est donc primordial pour réaliser des projections climatiques plus précises. Dans cet article, nous expliquons comment les chercheurs de l'ETH Zurich utilisent les drones météorologiques de Meteomatics, les "Meteodrones", pour mener des expériences d'ensemencement des nuages afin d'étudier les interactions entre les nuages, les aérosols et les précipitations.

Le lien entre les nuages et le changement climatique

La compréhension des nuages est essentielle à la compréhension globale du climat de la planète, car ils régulent directement le cycle de l'eau et la température sur Terre. Alors que certains types de nuages retiennent la chaleur en réfléchissant l'énergie vers la surface, d'autres reflètent la lumière du soleil, refroidissant ainsi la surface. Comme ils déterminent les précipitations et la lumière du soleil, les nuages ont un impact sur de nombreuses industries, en particulier celles qui dépendent d'une quantité équilibrée d'eau et de lumière du soleil, comme l'agriculture et les énergies renouvelables.

Par conséquent, il est très important de comprendre la formation et l'évolution des nuages, non seulement pour améliorer les prévisions à court terme, mais aussi à long terme, en particulier dans un climat changeant.

En fait, les nuages et les interactions nuage-aérosol représentent des sources majeures d'incertitudes dans les projections climatiques.

Par exemple, comment les nuages évolueront-ils dans un climat en réchauffement ? Quelle est l'influence des nuages sur le bilan radiatif de la Terre ? La réponse à ces questions permettra de protéger plusieurs industries et la qualité de vie de nombreuses personnes à l'avenir.

L'École polytechnique fédérale de Zurich (ETH Zurich), qui compte parmi les meilleures universités du monde, apporte un soutien important aux scientifiques impliqués dans la recherche climatique.

Au sein de l'Institut des sciences atmosphériques et climatiques, le professeur Ulrike Lohmann dirige le groupe de physique atmosphérique, qui vise à améliorer notre capacité à prévoir le temps et le climat en étudiant la formation et l'évolution des nuages, en particulier les interactions nuage-aérosol.

L'un des projets du groupe est CLOUDLAB, qui vise à améliorer la compréhension des processus microphysiques des nuages et la formation des précipitations afin de mieux simuler et prévoir les événements de précipitation.

L'équipe réalise des expériences d'ensemencement des nuages dans les stratus hivernaux pour étudier la formation et la croissance des cristaux de glace menant aux précipitations, avec un ensemble multidimensionnel d'observations et de modélisation numérique.

Ensemencement des nuages avec des drones de Meteomatics

Anna Miller, doctorante et membre de l'équipe CLOUDLAB, a expliqué comment le processus de collecte des données dans le groupe de physique atmosphérique a évolué au fil des ans, en termes de flexibilité pour mesurer les particules des nuages, le vent et la concentration des aérosols.

Ils ont commencé par des mesures au sol de nuages non perturbés (c'est-à-dire non modifiés par l'activité humaine) à l'observatoire du sommet de la montagne, mais ces mesures étaient fortement influencées par le sol et la poudrerie.

L'équipe s'est ensuite tournée vers des mesures effectuées à bord d'un téléphérique, qui réduisait l'influence du sol et donnait une certaine structure verticale, puis des ballons captifs, offrant plus de structure verticale et plus d'options d'emplacements pour les mesures.

Enfin, ils ont adopté les drones météorologiques de Meteomatics. Avec nos Meteodrones, la recherche a franchi une étape décisive.

Les drones ont permis des trajets de mesure plus flexibles grâce à des capteurs de mesure atmosphérique intégrés.

Mais surtout, les drones ont offert à l'équipe un moyen de réaliser des expériences ciblées d'ensemencement des nuages.

Comme le souligne le Dr Lukas Hammerschmidt, responsable des drones chez Meteomatics, "notre Meteodrone est le seul drone au monde qui peut être utilisé pour l'ensemencement des nuages".

En effet, comme nos Meteodrones peuvent voler jusqu'à 6 km, ils ont été conçus pour résister à des températures très basses et à des vitesses de vent élevées. Grâce à notre système de chauffage des hélices, les Meteodrones peuvent voler dans des nuages surfondus sans que les pales du rotor ne givrent. C'est essentiel pour la réussite du processus d'ensemencement des nuages, car celui-ci ne peut fonctionner que dans des nuages dont la température est inférieure à -5°C.

Avec le drone, les scientifiques peuvent contrôler l'endroit exact où injecter les particules dans le nuage et mesurer directement les cristaux de glace en aval pour en déduire les taux de croissance des cristaux de glace avec un ballon captif.

Selon Mme Miller, "l'ensemencement ciblé des nuages à l'aide d'un drone nous permet de modifier les conditions des nuages de manière connue et spécifique, afin que nous puissions ensuite observer les changements microphysiques correspondants à l'aide d'un vaste ensemble d'instruments. Cette méthode diffère de celle qui consiste à observer et à mesurer uniquement des nuages non perturbés. Plus précisément, la mesure de la croissance des cristaux de glace dans un nuage est rendue possible lorsque nous pouvons créer intentionnellement des cristaux de glace."

Meteomatics a créé une solution sur mesure pour CLOUDLAB

Les missions de vol spécifiques de CLOUDLAB nécessitaient une solution sur mesure, donc l'équipe a demandé deux Meteodrones MM-670 ML qui devaient être adaptés à leurs besoins particuliers, et c'est ce que nos ingénieurs ont fait.

Le premier drone (a) était équipé de fusées éclairantes qui brûlent en vol pour l'ensemencement des nuages. Le second (b) était équipé d'un compteur optique de particules pour mesurer les particules d'aérosol en vol.

Comme l'explique Mme. Miller, les deux Meteodrones sont des éléments essentiels de leurs recherches au sein de CLOUDLAB :

"Nous utilisons le drone d'ensemencement pour des expériences dans et hors des nuages. Pour ces expériences, le drone vole jusqu'à une certaine hauteur et les fusées éclairantes qui y sont attachées sont allumées, libérant des particules d'iodure d'argent dans l'air. Lorsqu'il est dans les nuages, nous surveillons les changements microphysiques correspondants à l'aide de plusieurs radars de nuages et de notre système de ballons captifs. Nous brûlons également les éruptions hors des nuages, afin de pouvoir voir le panache d'aérosols pour mesurer et caractériser la dispersion du panache avec notre deuxième drone, le drone de mesure (ou drone POPS, car POPS est le compteur optique de particules que nous utilisons sur celui-ci). Nous utilisons également le drone POPS pour effectuer des profils verticaux, pour mesurer la température, l'humidité, le vent et la concentration des aérosols. Cela nous aide à déterminer les conditions atmosphériques actuelles, qui informent les expériences."

Non seulement le matériel a été adapté, mais également le logiciel. Notre équipe de développement de logiciels pour drones a ajusté l'interface utilisateur pour que l'équipe de CLOUDLAB puisse configurer plus facilement ses missions de vol et a intégré un graphique pour afficher le nombre et la distribution des particules.

En plus des drones, l'équipe de CLOUDLAB a reçu une journée complète de formation à l'utilisation du drone, qui comprenait des exercices de vol, la réglementation de l'espace aérien et les listes de contrôle avant vol pour s'assurer qu'ils pouvaient utiliser les drones en toute sécurité. Nous sommes régulièrement en contact avec eux pour continuer à améliorer les systèmes en fonction de leurs nouvelles missions et pour leur fournir une assistance et une maintenance sur appel des drones.

De scientifiques à scientifiques

En quête de nouvelles connaissances sur les nuages et les précipitations, les chercheurs de l'ETH font voler les drones météorologiques de Meteomatics dans les nuages. Équipés de fusées éclairantes et d'un compteur optique de particules, nos drones leur permettent de mener des expériences d'ensemencement des nuages et d'étudier les interactions nuage-aérosol.

En tant qu'entreprise composée de climatologues et d'ingénieurs, dont beaucoup ont fait une carrière universitaire - y compris un certain nombre de diplômés de l'ETH - nous nous sentons particulièrement liés à ce projet.

En fin de compte, nous sommes animés par la même ambition : comprendre la météo.

Nous sommes donc heureux de collaborer avec l'équipe de CLOUDLAB pour améliorer la compréhension de la microphysique des nuages, ce qui conduira à une meilleure prévision des précipitations et nous aidera à relever les défis du réchauffement climatique.

Pour en savoir plus sur nos drones météorologiques, cliquez sur le lien ci-dessous.