Projet ANR-11-ASTR-0008 – POAEMM : Prédiction de la variation spatio-temporelle des propriétés optiques des aérosols en milieu maritime et côtier (POAEMM - Propriétés Optiques des Aérosols en Milieu Maritime)
Programme : Accompagnement Spécifique de Travaux de Recherches et d'Innovation Défense (ASTRID)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur André FOUSSAT (CS SYSTEMES D INFORMATION)
Partenaires : CS SYSTEMES D'INFORMATION; École nationale de météorologie de Toulouse; Laboratoire de Sondages Electromagnétiques de l'Environnement Terrestre
Montant : 281298.0 euros
Durée : 24 mois
Résumé : Performances des senseurs optroniques des bâtiments de la Marine NationaleDans le cadre d’un théâtre d’opérations, les bâtiments de la Marine Nationale nécessitent l’évaluation des portées de détection de leurs senseurs optroniques afin de connaître leur vulnérabilité face à une menace. La prise en compte de la variation spatiale des aérosols marins permettra une estimation appropriée des performances des senseurs impliqués.
L'impact de l'aérosol marin sur la propagation infrarouge en milieu maritime et côtierDans l’atmosphère, les particules d’aérosols jouent un rôle fondamental dans de nombreux processus naturels. Par leur capacité à interférer avec les rayonnements électromagnétiques, elles vont affecter le bilan radiatif et contribuer à atténuer les performances des systèmes électro-optiques de détection équipant les navires.L’estimation de l’impact de la concentration des particules aérosols dans l’atmosphère nécessite la connaissance de leur variation spatio-temporelle. Cet aspect est primordial en milieu côtier où la présence du trait de côte modifie fortement les champs de vagues et de vent.Le projet POAEMM a pour but de créer une maquette utilisant le modèle paramétrique MEDEX (LSEET/MIO) et des sorties prévisionnelles météorologiques (AROME, Météo-France) pour fournir les cartes de répartition horizontale des propriétés optiques des aérosols en milieu marin côtier, dans les basses couches atmosphériques.Ce couplage, associé à un outil de calcul de transfert radiatif (type MATISSE ou MODTRAN), pourra améliorer l’estimation des effets atmosphériques sur la propagation infrarouge et ainsi le traitement des performances des senseurs optroniques.Cette approche pourrait être utilisée de façon rapide et opérationnelle par la Marine Nationale sur les lieux d'opération dans un but de prévision à court terme.
Lien entre la météorologie côtière et la variation spatiale des aérosols marinsLe projet consiste à développer une maquette de faisabilité pour la prédiction de la variation spatio-temporelle des propriétés optiques des aérosols marins en milieu côtier.La prise en compte de l’évolution de ces effets environnementaux sur la propagation infrarouge atmosphérique, tel que créé par l’effet du vent sur la surface de la mer, est réalisée à l’aide du couplage du modèle MEDEX (LSEET/MIO) et du modèle à maille fine, AROME, mis au point par Météo-France.MEDEX estime localement la concentration granulométrique des aérosols marins en fonction de la vitesse du vent, de l’humidité relative et du fetch (distance sur laquelle le vent se propage au dessus de la mer).AROME fournit la variation spatio-temporelle du champ de vent en zone maritime et côtière.La logique du projet POAEMM envisage trois étapes :•	Semi-automatisation de la station de mesures des aérosols marins de l’île de Porquerolles (possibilité de déclencher à distance des mesures de granulométrie et de météorologie pour des situations environnementales appropriées)•	Amélioration de la modélisation MEDEX de la concentration des aérosols marins (basée sur un nombre conséquent de mesures locales, les formulations semi empiriques de MEDEX sont révisées afin de mieux prendre en compte les conditions environnementales)•	Maquette de faisabilité intégrant et couplant MEDEX aux sorties d’AROME, avec validation expérimentale basée sur une campagne de mesures de luminance de corps noir.
Résumé de la soumission : Le projet consiste à développer une maquette de faisabilité pour la prédiction de la variation spatio-temporelle des propriétés optiques des aérosols marins en milieu côtier. La prise en compte de l’évolution de ce phénomène environnemental créé par l’effet du vent sur la surface de la mer est réalisée à l’aide du couplage du modèle MEDEX (LSEET) et du modèle à maille fine AROME mis au point par Météo-France. MEDEX estime la concentration granulométrique des aérosols marins en fonction de la vitesse du vent, de l'humidité relative et du fetch, représentant la distance sur laquelle le vent s’est propagé au dessus de la mer. AROME fournit la variation spatio-temporelle du champ de vent en zone côtière. Le projet se déroule en trois étapes. La première étape consiste à procéder à la semi-automatisation de la station de mesures des aérosols marins de l’île de Porquerolles. La modification de la station expérimentale du LSEET offrira la possibilité de déclencher à distance les mesures de concentration granulométrique. Le choix de la période de mesures sera réalisé en fonction de conditions environnementales et météorologiques dédiées prévues par AROME. Cette approche permet l’amélioration de la modélisation des aérosols marins dans le cadre de la deuxième étape du projet. Basée sur un nombre conséquent de mesures locales, les formulations semi-empiriques de MEDEX sont révisées afin de mieux prendre en compte les conditions océano-météorologiques. L’étape finale est la mise en place de la maquette de faisabilité intégrant MEDEX et AROME. A partir de la variation spatio-temporelle des différents champs météorologiques fournis par AROME et des spectres granulométriques aerosol par MEDEX, la répartition horizontale des propriétés optiques des aérosols marins est alors estimée. Une validation expérimentale basée sur des mesures de luminances de corps noir est réalisée afin de démontrer la nécessité de prendre en compte précisément la cartographie des aérosols marins dans des outils de prédiction de performances de senseurs optroniques.
Résultats : L’aspect expérimental du projet permettra d'abord de disposer d'une station semi-automatisée de mesures permanentes en Méditerranée au service de la connaissance des aérosols marins.
Les mesures permettront de consolider et d’affiner le modèle MEDEX (LSEET/MIO).
AROME, l’outil de prévision de Météo-France, fournit la variation spatio-temporelle de l’environnement. En entrée de MEDEX, cette variation donnera accès à la répartition spatiale de la granulométrie des aérosols marins et par conséquent de leurs propriétés optiques.
Dans une problématique plus globale, la protection d'infrastructures côtières impose de disposer de moyens de détection et d’analyse de la menace qui doivent intégrer un système d’évaluation de leurs performances en fonction du triplet système de détection-environnement-menace. Les systèmes de détection optroniques actuels, employés pour ce type de fonctionnalité, offrent, dans des situations standards, des performances de portée supérieure à 20 kilomètres. Cependant, il est important de considérer la variation spatiale de l’environnement et de son effet limiteur sur les distances de détection et de classification.
L’estimation des performances des senseurs optroniques doit prendre en compte cet aspect. Les résultats finaux de l’étude démontreront la nécessité, dans certaines situations environnementales, de tenir compte de la variation spatiale des aérosols marins et de son impact sur l’atténuation atmosphérique, composante essentielle dans l’évaluation de ces performances.
Perspectives : Le projet s’inscrit dans un axe de spécifications et de développement d’un outil de prédiction de performances de systèmes optroniques pour la conception d’un outil d’aide à la décision, intégrant la prise en compte des inhomogénéités horizontales au niveau des aérosols marins.
Publications et brevets : Les résultats obtenus au niveau de la nouvelle version de MEDEX mais aussi de la validation de son couplage avec les sorties d’AROME à l’aide de mesures optroniques feront l’objet de publication dans des conférences de type ITBMS (Onera, FGAN).
Les résultats scientifiques seront présentés dans le cadre d’une communication pour un congrès international. L’International Aerosol Conference, dont la dernière session s’est tenue à Helsinki en septembre 2010, représente un contexte approprié pour ce sujet.
La publication d’un article dans une revue internationale à comité de lecture (JGR ou Atm. Res.) est également prévue.