Effet Doppler: Applications en télédétection (Radar - Sonar - Echographie)
Chapitre 1. Effet Doppler - Eléments Théoriques
Chapitre 2. Radar et aéronautique
Chapitre 3. Radar et volcanologie
3.1. Historique du projet VOLDORAD
3.2. Le VOLDORAD
3.3. Les résultats obtenus
Chapitre 4. Radar et météorologie
Chapitre 5. Le radar Doppler de contrôle de vitesse automobile
Chapitre 6. Le sonar
Chapitre 7. Echographie
Chapitre 8. Les lithotriteurs - Le scanner
Chapitre 9. Propagation sur une ligne de transmission
Chapitre 10. Annexes
Chapitre 11. Exercices
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3.2. Le VOLDORAD

Outil technologique de pointe, Voldorad est un radar UHF moyenne puissance, adapté des radars Doppler profileurs de vent et réalisé à l'OPGC spécifiquement pour l'étude et la surveillance au sol des éruptions volcaniques explosives. Son principal intérêt est de pouvoir effectuer des mesures directement à l'intérieur des panaches éruptifs et en plusieurs endroits simultanément : réflectivité et vitesses des matériaux éjectés et des gaz. L'interprétation de ces données doit aider à mieux comprendre la dynamique des jets éruptifs, en calibrant des modèles numériques avec les mesures et la dynamique du magma dans le conduit, en combinant les données radar avec d'autres méthodes de mesure (acoustiques, sismiques, etc).

Il s'agit d'un des rares systèmes de radar Doppler appliqué à la volcanologie dans le monde.

wpe4.jpg (8396 octets)  wpe7.jpg (5182 octets)

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Le Voldorad et son antenne

Actuellement, le radar se présente sous la forme d'une unité de 60 x 60 x 60 cm regroupant les chaînes de transmission, de réception et de traitement. Ce coffret est associé à un système d'antenne composé d'un réseau de 4 antennes Yagi de 24 éléments en carré.

Le radar est contrôlé par un ordinateur sur lequel on peut suivre en temps réel le signal reçu. Il est aussi utilisé pour le stockage des données.

L'heure est fournie par l'horloge interne du PC, synchronisée sur l'heure GPS.

L'ensemble pèse environ 50 kg, ce qui permet de le transporter dans un véhicule tout terrain et de l'installer rapidement près d'un volcan en éruption pour effectuer des mesures à des distances de 400m à plusieurs kilomètres.

Alimenté par un générateur de 200W, ce radar de moyenne puissance 60W délivre toutes les 100 microsecondes une impulsion électromagnétique de fréquence 1,274GHz, soit une longueur d'onde l = 23,5 cm. (Fig. III.1)

Le maximum de l'énergie émise reste concentré dans un faisceau conique de 9° d'ouverture.

wpeA.jpg (9115 octets)

c1.gif (3828 octets)

Fig. III.1  Signal radar de volcanologie

L'opérateur radar a la possibilité de positionner une fenêtre d'écoute permettant de ne sélectionner en réception que les échos correspondants à une certaine distance.

La largeur de cette fenêtre dépend de la résolution radiale et est donc fonction de la largeur de l'impulsion envoyée.    0,4 < t < 1,5ms

Le signal reçu peut donc être analysé par tranches de temps successives au cours de la réception, qui correspondent à des portes en distance le long de l'axe du faisceau.

La PRF Fo = 10kHz détermine la distance maximale ambiguë:

dmaxi = c. To/2 = c/ (2.Fo) = 15km

La résolution radiale

60m  <  Dd = c.t/2  <  225m

Le nombre d'intégrations cohérentes:

10 < Nc < 100

La vitesse maximale ambiguë mesurable est :

½Vrmaxi ½£  l/(4Nc.To) = 5,875m/s à 58,75m/s

Le nombre de points de la FFT   N = 64

La résolution en vitesse est:

dv = ½Vrmaxi ½/ N = 0,09m/s à 0,9m/s

Au sein d'un panache éruptif, les principales cibles dans le faisceau radar sont constituées par les produits liquides ou solides (lave ou lave refroidie) éjectés lors des explosions et propulsés à l'aplomb de l'évent par la violente expansion des gaz volcaniques sous pression.

Voldorad peut donc mesurer pour chaque porte de distance, les variations temporelles des vitesses moyennes des éjecta, obtenues par effet Doppler, ainsi que la puissance de l'onde rétro diffusée (amplitude de l'écho).

Il est également possible de distinguer les particules ascendantes et descendantes, qui engendrent des vitesses Doppler respectivement positives et négatives.

Une particularité extrêmement utile de Voldorad est sa PRF de 10kHz qui permet l'étude détaillée d'un phénomène de courte durée tel qu'une explosion isolée ou une séquence rapide d'explosions.

 

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