Célomètre

Un célomètre, aussi appelé télémètre de nuages, ceilomètre et parfois plafonneur, désigne un appareil servant à mesurer la hauteur du plafond nuageux grâce au retour d'un faisceau lumineux[1],[2],[3], [4],[5].

Célomètre / télémètre laser

Principe

Célomètre à tambour

Les premiers célomètres utilisaient un tambour rotatif muni d'un réflecteur lumineux à faisceau étroit. Lorsque le tambour tournait autour d'un axe horizontal, le faisceau était projeté vers la base des nuages en effectuant un balayage d'un horizon à l'autre. Une partie du faisceau était alors retourné vers le sol par diffusion là où il touchait la base du nuage. Un récepteur (cellule photoélectrique), à une certaine distance du tambour et ne pouvant voir qu'à la verticale, pouvait alors noter l'angle d'élévation au moment où un signal y était retourné du nuage. Par triangulation entre l'angle du tambour et l'horizon à ce moment, ainsi que la distance tambour-récepteur, la hauteur de la base du nuage peut-être trouvée.

Célomètre laser

Plus récemment, les célomètres laser ont été développés. Il s'agit d'un télémètre laser qui émet une impulsion lumineuse verticalement et la hauteur du plafond est calculée par la mesure du temps entre l'émission et le retour du signal ayant été réfléchi par la base du nuage ()[3] :

où est la vitesse de la lumière.

Usage

Les célomètres sont utilisés dans les stations météorologiques manuelles pour aider le technicien à déterminer la hauteur de la base des nuages au moment de l'observation. Il déterminera ensuite lui-même leur nébulosité. Par contre, dans les stations météorologiques automatiques, le célomètre sert à estimer la couverture nuageuse et la nébulosité. Un usage typique est celui du Service météorologique du Canada dans ce cas[6] :

  • À partir des rapports ponctuels du célomètre, l'ordinateur de la station détermine la hauteur de la base des nuages ;
  • Pour estimer la nébulosité, l’algorithme tient un registre du temps pendant lequel une couche a été présente au-dessus de la station au cours de la dernière heure (nuages épars si elle est présente moins de 50 % du temps, fragmentés pour 50 à 89 % et temps couvert à 90 % ou plus).
  • Si plusieurs couches sont signalées durant l'heure, l'ordinateur déterminera la nébulosité de chacune selon un algorithme qui tient compte non seulement de la durée de détection de chacune mais aussi du fait qu'une couche inférieure peut bloquer une couche supérieure et donc limiter sa détection.

Le nuage ayant une densité plus ou moins grande, le faisceau sera retourné sur une certaine épaisseur avant d'être complètement bloqué par le nuage. L'épaisseur de cette couche de retour de plafond donne une idée, de l'opacité, du type et de la densité du nuage. L'appareil sert également à d'autres usages car la lumière passant à travers l'atmosphère est reflétée par toute particule s'y trouvant (poussière, cendre, gouttelettes, etc.). Une partie du faisceau lumineux peut donc être retournée vers le capteur avant d'atteindre la base du nuage. Ce signal plus faible sera également reçu et positionné. Il peut donner une estimation de la visibilité verticale, de la présence de précipitations et de la quantité de polluants dans l'air par le calcul du coefficient d'extinction du signal, se rapprochant ainsi du fonctionnement d'un lidar[7].

Limitations

En général, les données de célomètres ne dépassent pas 4 km puisque le faisceau lumineux se disperse graduellement par diffusion sur les molécules d'air. Par contre, certaines obstructions à la visibilité vont être notées comme des plafonds nuageux. Les limitations d'un célomètre sont donc[6],[8] :

  • Il peut annoncer un ciel « dégagé » nonobstant une couverture nuageuse complète, et même en présence de précipitations, si les nuages sont au-delà de la portée de détection du capteur ;
  • Dans certaines conditions de neige, le célomètre peut sous-estimer le niveau du plafond ;
  • Le célomètre laser est excessivement sensible au poudrin de glace, ce qui conduit à des observations erronées de ciel couvert ;
  • L’algorithme des nuages peut sous-estimer l’étendue des couches, surtout quand elles entrent dans son champ de détection ;
  • Comme il ne détecte la nébulosité que lorsque les nuages sont directement au-dessus du capteur, l’algorithme des nuages n’évalue que les nuages sous le vent ;
  • Il retient la hauteur la plus basse comme base de la couche et peut donc indiquer des bases quelque peu trop basses ;
  • Les virgas sont souvent signalées comme des nuages résultant en une sous-estimation des hauteurs de nuages par rapport à une observation manuelle ;
  • Les états du ciel signalés proviennent de l’historique des nuages passés au-dessus du capteur dans la dernière heure et non un instantané des conditions actuelles.

Notes et références
  1. « Visibilité », Glossaire météorologique, Météo-France, (consulté le )
  2. Organisation météorologique mondiale, « Célomètre », Glossaire météorologique, Eumetcal, (consulté le )
  3. Service météorologique du Canada, « Célomètre laser », Skywatchers, Environnement Canada, (consulté le )
  4. « LIDAR et ceilomètre », MétéoSuisse (consulté le ).
  5. « Ceilomètres », Gamme de produits, Vaisalia (consulté le ).
  6. « Système d'observation météorologique automatisée - AWOS », Service météorologique du Canada (consulté le )
  7. Département des sciences de l'atmosphère, « Célomètre laser », Université McGill, (consulté le )
  8. (en) Robert N. Rossier, « Automatic Weather », Flight training, Aircraft Owners and Pilots Association, (consulté le )
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