SAWfPHY (Surface Acoustic Wave frost Point HYgrometer) Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 1

Plan de la présentation Introduction Hygrométrie par point de givre Objectif : hygrométrie strato longue durée Contraintes vols strato longue durée Principes instrumentaux Architecture Premiers résultats Vers un prototype longue durée Moyens d’étalonnage et validation Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013

Hygromètrie par point de givre pression partielle de vapeur d’eau pression totale de l’air humide • Température de point de givre : température d’équilibre entre condensation et sublimation au-dessus d’une surface plane de givre • Hygrométrie par point de givre : 1. mesure température point de givre 2. pression partielle de vapeur d’eau 3. rapport de mélange volumique = Pression Température Diagramme de phases de l’eau 1 atm 0°C 100°C Solide Liquide Gaz Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 2

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Objectif : hygrométrie strato L.D. 1 à 10 ppmv @ 50 hPa => -95°C < Tgivre < -80°C 5 à 10% sur le rapport de mélange => < 0.5°C sur Tgivre - 85°C < T ambiante < -70°C Phénomènes « lents » => ~ 4 mesures / heure Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 3

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Contraintes vols strato longue durée Longue durée => pas de refroidissement par azote liquide Vent relatif quasi-nul => faible dissipation par convection Limitation de masse (5 kg) => interdit solutions complexes (refroidissement liquide, …) Puissance électrique limitée (5 Watts) => limitation refroidissement actif => réduction temps de mesure qques ppmv => détection faibles quantités de givre Vols ballon LD : basses P et T, sauvegarde, interfaces nacelle, … Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 4

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SAWfPHY : principes instrumentaux Refroidissement capteur ? => Peltier + radiateur passif (dissipation par échange radiatif avec le fond de ciel, de nuit) Détection faible humidité ? => Résonateur SAW (Femto) (détection de quelques centaines de nanogrammes de glace) SAW Peltier Radiateur rayonnement Ondes acoustiques de surface Peignes interdigités Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 5

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SAWfPHY: architecture Architecture simplifiée SAWfPHY Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 6

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SAWfPHY : premiers résultats Essais prototypes sous BSO (Kiruna, 04/2010 et 02-03/2011) : Tradiateur = Tambiante – [10 ; 15] °C Tgivre = [ -81 ; -82 ] °C Principes validés => « Peltier + radiateur » « détection SAW » Rapport de mélange volumique (ppmv) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 7

SAWfPHY : premiers résultats Essais en labo : point de rosée, algo détection automatique Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 8

SAWfPHY : premiers résultats Essais en labo : point de rosée, algo détection automatique Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 8

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Vers un prototype longue durée Réduction conso & masse : Aujourd’hui : masse ~ 7 kg -> 5.5 kg conso ~ 6.5 W (peltier : 2.5/0.3 - RF : 3 – pompe : 0.2 – elec : 0.6) Algorithme de détection automatique => compromis temps de mesure / conso max Peltier Evolutions cartes électroniques : => choix composants, modes de fonctionnement, … Réduction masse => compromis masse / optimisat° thermique, élec, câbles, … Essais labo : point de rosée -> point de givre (pollution?) Etalonnages Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 9

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Moyens d’étalonnage / validation Banc LMD / LPC2E : générateur d’air humide CETIAT (Lyon) : référence nationale génération d’air humide Campagnes d’intercomparaisons : en labo, en vol Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 10

Questions Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 11

SAWfPHY : résonateur SAW Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013

Vol SAWfPHY/SAWfPHY : 14/03/2011 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013

SAWfPHY : nacelle Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013