Radiomètre différentiel

Il y a plusieurs types de radiomètres différentiels mais ceux à quatre composantes, comme dans l'image, sont les plus populaires. Chacune de celles-ci sert à mesurer un paramètre de la radiation totale.

Par pyrgéomètre :

• SW_entrant, onde courte venant du soleil ;
• SW_sortant, onde courte réfléchie par le sol ;

Par pyranomètre :

• LW_entrant, infrarouge provenant du ciel ;
• LW_sortant, infrarouge provenant du sol (albedo).

La plage de longue d'ondes couverte par le pyranomètre va de 300 à 2 800 nanomètres et celle du pyrgeomètre, de 4 500 à 100 000 nanomètres. Chacun des instruments est isolé des autres par de petites coupoles blanches pour empêcher les mesures croisées.

Le net-radiomètre est basé sur un capteur à thermopile dont les joints chauds sont en contact thermique avec le récepteur supérieur tandis que les joints froids sont en contact thermique avec le récepteur inférieur.

La différence de température entre les deux récepteurs est proportionnelle à l’éclairement énergétique net. La différence de température entre joint chaud et froid est transformée en une Différence du Potentiel grâce à l’effet Seebeck. Les deux récepteurs sont constitués par une portion de calotte sphérique recouverte revêtue de téflon. La forme particulière des deux récepteurs garantit une réponse selon la loi du cosinus optimal. Le revêtement en téflon, outre à permettre une installation à l’extérieur pour une longue période sans dangers de dommage, permet d’obtenir une réponse spectrale constante par les rayons ultra-violets (200nm) jusqu’au loin infrarouge (100μm).

• Le radiomètre différentiel doit être installé dans un lieu facilement accessible pour effectuer un nettoyage périodique des deux superficies recevant. Pour nettoyer les superficies il est conseillé d’utiliser de l’eau ou de l’alcool éthylique.

• Éviter que des constructions, arbres ou toute autre entrave projettent leur ombre sur le net-radiomètre pendant le cours de la journée et de la saison.

• Lorsque le net-radiomètre est utilisé dans l’hémisphère NORD il est nécessaire de l’orienter vers le SUD, et vice-versa si on l’utilise dans l’hémisphère SUD.

• L’instrument est monté à une hauteur d’environ 1.5 m du sol. Il est nécessaire de noter que le flux sur le récepteur inférieur est représenté par une superficie circulaire avec un rayon qui est 10 fois plus grande.

• Pendant le montage du net-radiomètre éviter de toucher les superficies réceptrices du net-radiomètre.

L’éclairement énergétique sur une superficie doit être mesuré avec un capteur dont la réponse, en fonction de l’angle d’incidence de la lumière soit lambertienn e. Un récepteur est appelé lambertien si sa sensibilité (Sυ)en fonction de l’angle d’incidence entre la lumière et la superficie du détecteur à un cours du type: Sϑ=S0 cos(ϑ) Où:

S0 est la sensibilité lorsque la lumière tombe perpendiculairement sur la superficie,

υ est l’angle entre la normale à la superficie e le faisceau de lumière incidente.

A parité de flux radiant, si la vitesse du vent augmente, le signal de sortie du netradiomètre diminue (la sensibilité diminue lorsque la vitesse du vent augmente).

Les mesures conduites dans les tunnels du vent ont démontré que la sensibilité Sv en fonction de la vitesse du vent, peut être rapprochée par les deux fonctions suivantes : Sv=S0(1-0.011xV) pour V≤10m/s

Sv=S0(0.95-0.006xV) pour 10m/s<V<20m/s

Où:

S0 est la sensibilité pour vent nul

V est la vitesse du vent en m/s

Pratiquement, une fois connu le éclairement énergétique net calculé en utilisant la sensibilité au vent nul (Fnet_0), de même que la vitesse du vent (V) en m/s, la donnée correcte s’obtient en appliquant la formule suivante :

Fnet=Fnet_0/(1-0.011xV) pour V≤10m/s

Fnet=Fnet_0/(0.95-0.006xV) pour 10m/s<V<20m/s

Afin d’assurer les caractéristiques de l’instrument, il est nécessaire que les deux superficies réceptrices soient propres, par conséquent plus fréquent est le nettoyage de la coupole, meilleure est la exactitude des mesures. Le nettoyage peut être effectué avec du tissu de nettoyage utilisé pour les objectifs photographiques et avec de l’eau ; si cela ne suffit pas, employer de l’alcool éthylique pur. Après avoir purifié avec l’alcool, nettoyer de nouveau les coupoles seulement avec de l’eau. Il est recommandé d’effectuer l’étalonnage avec une fréquence annuelle.

L’étalonnage peut être effectué par comparaison avec un autre échantillon du net-radiomètre directement sur le plage. L’étalonnage sur site est moins précis que l’étalonnage effectué dans un laboratoire, mais il offre l’avantage de ne pas devoir démonter l’instrument de son siège.

Étalonnage et exécution des mesures:La sensibilité du net-radiomètre S (ou facteur d’étalonnage) permet de déterminer le flux radiant net à travers une superficie. Le facteur S est donné en μV/(Wm-2). Une fois mesurée la différence du potentiel (DDP) aux extrémités de la sonde, le flux Ee s’obtient par la formule suivante:

Ee= DDP/S

Où :Ee: est le éclairement énergétique exprimé en Klux,

DDP: est la différence du potentiel exprimée en mV mesurée par le voltmètre,

S: est le facteur d’étalonnage reporté sur l’étiquette du nétradiomètre (et sur le rapport d’étalonnage) en μV/(W/m2).

N.B. Si la différence de potentiel est positive, le éclairement énergétique sur la superficie supérieure est plus grand que le éclairement énergétique sur la superficie inférieure (typiquement pendant les premières heures du matin), si la DDP est négative, le éclairement énergétique sur la superficie inférieure est plus grand que le éclairement énergétique sur la superficie supérieure (typiquement pendant les heures de la nuit).

Specifications courtesy of DeltaOHM www.deltaohm.com