Présentation
Auteur(s)
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Yves COJAN : Ingénieur de l’École Supérieure d’Optique - Ingénieur à Thomson TTD optronique - Professeur à l’École Nationale Supérieure des Techniques Avancées et à l’École de l’Air
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Lire l’articleINTRODUCTION
avec la participation pour le paragraphe 8 de Jean‐Claude FONTANELLA Ingénieur de l’École Supérieure d’Optique Ingénieur à Thomson TTD optronique
Pour concevoir un système optronique dont le capteur se trouve être éloigné de la source, l’un des paramètres importants est la transmission spectrale du milieu de propagation atmosphérique. Elle est affectée principalement par l’absorption et la diffusion du rayonnement par ce milieu, sources principales d’interactions entre la lumière et la matière.
Les performances de tout système optronique sont déterminées en effet non seulement par ses caractéristiques techniques intrinsèques résultant de sa conception et de la technologie utilisée, mais aussi par son comportement dans l’environnement d’emploi opérationnel qui concerne le système. Ainsi :
-
à la conception ou durant le développement, il est important de connaître comment ces capteurs se comporteront vis‐à‐vis de telle ou de telle situation climatique ou météorologique ;
-
à l’utilisation, il est utile de savoir comment les caractéristiques nominales de ces capteurs varient en fonction des conditions d’environnement présentes.
L’objet de cet article est de montrer de quelle manière les effets de l’atmosphère agissent sur les performances des capteurs optroniques.
Le milieu atmosphérique, naturel ou chargé d’obscurants artificiels, agit sur les performances des équipements optroniques, et ce dans tous les domaines spectraux (UV, visible, IR) et pour des rayonnements laser :
-
en atténuant de manière sélective les radiations se propageant vers le capteur, à toute longueur d’onde ;
-
en générant par diffusion ou par émission radiative un signal optique, comparable à du bruit, à l’origine de l’affaiblissement des contrastes de perception, et qui est d’autant plus important que la distance est grande.
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- Version archivée 1 de avr. 1960 par Jean QUINET
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Définitions8. Turbulence atmosphérique
La propagation des ondes optiques à travers la turbulence atmosphérique a donné lieu à des développements mathématiques complexes. Le but des paragraphes qui suivent est de donner au lecteur une première introduction, quelques explications physiques et des formules de travail. Pour une approche plus complète et plus rigoureuse, on se reportera aux ouvrages cités en référence.
8.1 Définition
La turbulence apparaît lorsque, dans un écoulement, le nombre de Reynolds (vitesse × dimension /viscosité) dépasse une certaine valeur (typiquement 2 000, ce qui est toujours vrai en atmosphère libre). L’écoulement passe alors de l’état laminaire, où les vecteurs vitesse de chacune des molécules sont égaux, à un état plus chaotique caractérisé par l’apparition de tourbillons, appelé turbulent.
Dans l’atmosphère, où des inhomogénéités de température sont présentes (notamment dues à l’éclairement solaire), ces fluctuations de vitesse s’accompagnent de fluctuations de température et donc d’indice de réfraction. Celles‐ci perturbent la propagation des ondes optiques et infrarouges.
HAUT DE PAGE8.2 Théorie de Kolmogorov
La théorie de Kolmogorov permet de décrire les propriétés statistiques de la vitesse d’un écoulement turbulent, supposé localement homogène et isotrope. Elle repose sur la description de Richardson de la cascade d’énergie : dans une masse d’air turbulente, l’énergie initiale, due au vent par exemple, se transmet depuis les plus gros tourbillons vers les plus petits, sans perte d’énergie (domaine inertiel) ; l’énergie est dissipée sous forme de chaleur par la viscosité dans les plus petits tourbillons.
Cela se traduit par la loi de Kolmogorov, qui décrit la fonction de structure D v de la vitesse v, et qui s’exprime par la relation :
avec :
- r :
- distance entre deux points
...
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