Tester un site avant d’y construire
Il est bien moins coûteux de révéler des conditions atmosphériques défavorables sur le papier qu’après avoir installé des équipements et lancé des essais opérationnels. Pathfinder permet aux ingénieurs d’évaluer d’un coup tous les sites candidats du globe, et de ne garder que les plus prometteurs pour une caractérisation sur place.
Ouvrir l’outilQuatre nombres qui décrivent ce que l’atmosphère fait à un faisceau laser
De la distribution de la turbulence selon l’altitude, Pathfinder déduit les paramètres intégrés qui dimensionnent une liaison optique et sa mitigation.
La taille de la zone sur laquelle le front d’onde reste à peu près intact : la force de la turbulence intégrée sur toute la masse d’air. Plus grand, c’est plus calme. De quelques centimètres à plusieurs dizaines, typiquement 4 cm sur un site de basse altitude modéré ; il croît avec la longueur d’onde.
L’angle maximal sur lequel le front d’onde reste valable le long de la liaison : le domaine de validité spatial d’un état de turbulence. Généralement sous 10 secondes d’arc, inversement proportionnel à la longueur d’onde.
La durée pendant laquelle le signal reçu garde une phase cohérente avec le signal émis : le domaine de validité temporel. Quelques millisecondes, qui fixent le temps de réponse maximal de la mitigation, optique adaptative, codage.
La distribution de la force de la turbulence selon l’altitude, née des fluctuations de température, de pression et d’humidité. Un profil typique culmine à la tropopause, avec une forte turbulence dans la couche de surface.
Caractérisation locale, cartes mondiales, combinaisons de sites
Les statistiques des paramètres de turbulence sur les années révèlent le caractère d’un site : turbulence forte ou faible, meilleur de jour ou de nuit, en hiver ou en été. Les moyennes par heure et par saison font ressortir les motifs : ici r₀ chute autour de midi, davantage en été qu’en hiver.
N’importe quel paramètre peut être cartographié sur le monde entier pour révéler des motifs globaux : ici la couverture nuageuse de jour pendant l’été de l’hémisphère nord.
Croiser turbulence et couverture nuageuse écarte les pires emplacements. Puis, à partir de la décorrélation de leur météo, Pathfinder propose le meilleur et le plus petit sous-ensemble de sites qui atteint une disponibilité réseau cible, 99,9 %, par exemple.
Le modèle présélectionne, le Sky Monitor confirme
La modélisation est limitée en résolution temporelle et spatiale ; la turbulence de jour est un phénomène très local où quelques mètres changent tout ; et la pollution, les aérosols et la poussière ne se modélisent pas. Pathfinder doit donc être suivi d’une analyse in situ avec un Sky Monitor installé au plus près de la future station, au fil des saisons. Seule la mesure in situ confirme la disponibilité et la capacité d’un emplacement.
