La station d'observations in situ et de télédétection du puy de Dôme / Opme / Cézeaux

La station de mesure atmosphérique CO-PDD (Cézeaux-Opme-puy de Dôme) est un élément essentiel du dispositif national d’observation de l’atmosphère tant sur le plan du contrôle de la qualité de l’air (pollution longue distance) que sur le plan de la recherche sur le climat (nuages et particules, gaz à effet de serre). Elle est constituée de la station de surveillance de l’atmosphère du puy de Dôme (1465 m), située loin des sources de pollution immédiates, associée aux sites de mesure de Opme (680 m), située en zone rurale et des Cézeaux (410 m), située en zone péri-urbaine, au-dessus de la ville de Clermont-Ferrand.
Les services  utilisant la station CO-PDD sont les services d’observation (SO) labellisés BEAM, PAES, RAMCES, RENAG et OPERA mais aussi d’autres services comme la plateforme aéroportée (moyen national en cours de labellisation). Lors de ces trois dernières années, de nombreux projets scientifiques régionaux (CPER-Environnement), nationaux (LEFE, ADEME) et Européens (EUSAAR, EUCAARI, ACCENT et GEOMON) ont pris appui sur les mesures effectuées au CO-PDD. Ce site a été labellisé par l’INSU en 2006 et par EMEP en 2007.

Les recherches menées sur ces trois sites d’altitudes différentes ont pour objectif de documenter l’évolution de la composition de la troposphère, en améliorant nos connaissances sur :

(1) les variations temporelles des propriétés des gaz, aérosols et nuages sur le moyen et long terme et leur répartition verticale dans la troposphère

(2) les processus liant ces différentes phases atmosphériques (gaz, aérosol, nuage)

(3) l’impact de modifications anthropiques sur la composition de la troposphère, et leurs conséquences en terme climatique (nuage, rayonnement) et météorologique (précipitations).

         Il s’agit d’analyser les séries temporelles existantes des différents paramètres aérosols, gaz, nuage et pluie afin de proposer une caractérisation fine de leurs propriétés pour divers types de masses d’air et de conditions météorologiques. 
         La station du puy de Dôme est localisée dans la première chaîne de montagnes rencontrée par les flux d’ouest, et se situe donc dans une zone stratégique pour l’observation des aérosols et des nuages. La variété des situations nuageuses rencontrées à son altitude intermédiaire de 1465m (nuages orographiques, frontaux, convectifs, nuages chauds et/ou froids, masses d’air polluée ou non…) et la présence de différentes veines de prélèvement spécifiques aux conditions nuageuses en font un site privilégié pour l’études des nuages. Un aspect de ces études est basé sur la compréhension des transferts et transformation d’espèces chimiques dans l’eau atmosphérique, et la structure et le fonctionnement des communautés microbiennes au sein des gouttes de nuage.

         La configuration géographique du site CO-PDD est également propice à l’étude des précipitations. La suite instrumentale (radar X, MRR, disdromètre) permet l'étude et le suivi de l'hétérogénéité des précipitations.

Suivi et développement du parc instrumental

Dans le cadre du projet ‘Grand Site de  France’ du Conseil Général, la station de mesure du puy de Dôme a été entièrement réaménagée.

Le nouveau chalet de l'Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (Premier étage)

Plate-forme du chalet

Les mesures existantes sont maintenant complétées par des mesures type 3D sur les aérosols et les précipitations (LIDAR + RADAR) installés sur le site des Cézeaux. Ceci a pour objectif d’affirmer le rôle de la station comme site de validation satellitaire au service de la communauté, mais également, dans un cadre d’étude de la pollution longue-distance, de pouvoir extrapoler certaines données in-situ à la colonne atmosphérique et de mieux contraindre les échanges Troposphère Libre – Couche Limite dans un contexte de support aux politiques locales d’amélioration de la qualité de l’Air. 

1. Mesures in–situ

Le réaménagement de la station du Puy de Dôme est en cours de finalisation. Trois nouvelles salles de mesures sont ainsi disponibles (salle physique, chimique et biologique). Un grand nombre de mesures sont effectuées en routine sur les trois stations : elles documentent les espèces chimiques gazeuses (ozone, CO, oxydes d’azote et de soufre, CO2), les particules d’aérosols (propriétés microphysiques de concentration en nombre, en masse et granulométrie ; propriétés chimiques comme le carbone-suie, les espèces organiques et inorganiques ; propriétés optiques) dans leur contexte météorologique (rayonnement, vent, température, pression, humidité, profils de vent) et hydrologique (mesures des taux de précipitation, chimie des précipitations, etc..).

salle chimique

L’instrumentation déjà présente sur le site sera complétée par une chambre CCNC pour le suivi en continu des propriétés CCN des aérosols échantillonnés sur le site.  Cette action est soutenue par la région et le projet PREVOIR, dans le but d’évaluer l’impact de la pollution de proximité sur le climat.

2. Mesures de télédétection

Un effort important a été entrepris pour compléter le parc instrumental par des mesures sur la colonne atmosphérique. L’instrumentation est la suivante :

• Radar précipitations en bande X: Le radar en bande X a pour caractéristique principale sa haute résolution spatiale et temporelle (typiquement 60 m. en portée, 2° en azimut et 30 s. en temps) sur un domaine équivalent à un petit bassin versant. En conjonction avec un Micro Rain Radar (radar bande K qui fournit des profils de spectre de gouttes).
• Radar VHF : Récemment des travaux sur les algorithmes de restitution des profils de vent (avec la collaboration de B. Campistron au CRA, Lannemezan) ont été entrepris afin de mieux prendre en compte la nature des signaux et la réjection des échos parasites en vue de mesures ne présentant plus de biais notable par rapport au monitoring de Météo France.
• Lidar aérosol (λ=355nm): Ce Lidar configuré en sécurité oculaire a été acquis au début de l’année 2008. Il permet le suivi des couches d'aérosols et des nuages fins dans la troposphère. Il est équipé de voies polarisées et d’une voie RAMAN azote permettant de déterminer l’abondance et la forme des particules. Bientôt équipé d'une voie RAMAN vapeur d'eau, il sera aussi possible d’étudier les profils de la vapeur d'eau atmosphérique.

Pour consulter le tableau d'instruments du CO-PDD, cliquer ici.

3. La nouvelle soufflerie du sommet du PDD

La rénovation du chalet du sommet du puy de Dôme a permis de proposer une restructuration de la soufflerie avec pour ambition de mettre en place un moyen d’essai national unique qui fonctionne en conditions atmosphériques naturelles (conditions nuageuses ou non).

Entrée de la soufflerie	Schéma de la soufflerie

Ce nouvel outil permet de proposer plusieurs applications à caractère scientifique (prélèvement d’échantillons d’air à grand débit, essais de simulation de nouveaux instruments à vocation aéroportés...) ou à caractère industriel (conditions givrantes en particulier).

Les caractéristiques sont les suivantes :

            - Soufflerie à circuit ouvert

            - Deux veines de mesures interchangeables :
                        . Petite veine : section 320 x 250, Vmax = 120 m/s
                        . Grande veine : section 640 x 500, Vmax =  52 m/s

            - Débit d’air : 17 m³/s max

            - Moyens de contrôle  (vitesse, contenu en eau, spectre dimensionnel…)

Veine de mesures petite section	Veine de mesures grande section

La soufflerie du sommet du puy de Dôme vient en appui de la plateforme de mesures aéroportées.

  Télécharger la fiche descriptive ici (Download the specifications here)