Le chalet

Historique

En 2010, la réhabilitation du chalet de l’Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC) a permis d’y inclure une nouvelle soufflerie, dessinée à l’IUT d’Allier, avec pour ambition de mettre en place un centre d’essais fonctionnant en conditions atmosphériques naturelles (conditions nuageuses ou non).

Fonctionnement

L’entrée de la soufflerie (1) est implantée face au vent dominant sur la façade Ouest du bâtiment, au premier étage. L’air est aspiré dans une veine de mesure (2) équipée d’instruments permettant de caractériser la physique du nuage (eau liquide, cristaux de glace...).

Selon le type d’application, deux veines de mesures interchangeables peuvent être utilisées : l’une dite «grande veine» dans laquelle la vitesse maximale attendue est de 200 km/h, l’autre appelée «petite veine» où la vitesse maximale est de 430 km/h (Mach 0,35).

Un ventilateur centrifuge (3), couplé à un moteur électrique, permet d’aspirer jusqu’à 17 m3 d’air par seconde.

La soufflerie est utilisée pour plusieurs types de projets :

• A caractère scientifique : mise en œuvre de méthodologies originales d’observations in situ des nuages et des aérosols. Elles permettent d’étudier les interactions nuage/aérosols qui ont des effets sur le climat ;
• A caractère technologique : réalisation de tests et de validation d’instruments qui seront déployés sur les avions de recherche atmosphérique ;
• A caractère industriel : certification en conditions givrantes notamment

Que faisons-nous ?

Dans la salle de physique, les particules d’aérosol sont étudiées. Ce sont de petites poussières en suspension dans l’atmosphère qui ont des effets importants sur le climat et la qualité de l’air. Elles sont émises par voies naturelles (végétation, océan, volcans...) et anthropiques (trafic routier, industries,...).

Que cherche-t-on ?

• Leur nombre : au puy de Dôme, leur concentration en nombre varie entre 250 et 3500 particules par cm3 d’air.
• Leur concentration en masse (en µg/m3 d’air).
  1 µg : 1000 x plus léger qu’un mg.
• Leur taille : elle varie de 1 nm à une dizaine de µm.
  1 nm : 1 000 000 x plus petit que le mm.
  1 µm : 1000 x plus petit que le mm.
• Leur capacité à réchauffer ou refroidir le climat, qui dépend de leur taille et de leur composition chimique.
• Leur capacité à former des gouttelettes.
  Sans particules d’aérosol, pas de gouttelettes, pas de nuage, pas de pluie. Pour former un nuage, il faut des conditions météorologiques favorables pour entraîner la condensation de la vapeur d’eau autour de la particule. On parle alors de «noyau de condensation». Toutes les particules ne sont pas de bonnes candidates. Par exemple, le sel de mer est un meilleur noyau de condensation que le carbone suie émis par la combustion.
• Leur composition chimique. Elle dépend fortement des sources d’émission et de leur transformation dans l’atmosphère.

Nous nous intéressons aussi aux gaz à effet de serre : les gaz qui réchauffent l’atmosphère. Les principaux gaz à effet de serre sont le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O), le monoxyde de carbone (CO) et aussi la vapeur d’eau !

Les gaz à effet de serre permettent de maintenir la température moyenne de la terre à 15°C ; alors qu’elle serait de -18°C sans leur présence.

Depuis la révolution industrielle, les activités humaines émettent de plus en plus de gaz à effet de serre, ce qui entraîne une augmentation de la température terrestre.

Que faisons-nous ?

Dans la salle « chimie », les gaz réactifs sont étudiés. Leurs concentrations sont beaucoup plus faibles que les principaux gaz à effet de serre et varient fortement sous l’action de la chimie de l’atmosphère. Malgré leurs très faibles quantités mesurées dans l’atmosphère, les gaz réactifs traces sont très importants dans la composition atmosphérique. Ils peuvent conduire à la formation de composés secondaires comme l’ozone ou des aérosols ayant un impact sur la santé et le climat.

Que mesure-t-on ?

Différents gaz émis dans l’atmosphère sont mesurés : les oxydes d’azote (NOx) émis par les pots d’échappement, le dioxyde de soufre (SO2) notamment par le chauffage, et enfin les composés organiques volatils (COV) émis par les activités humaines (trafic, industries, etc.), et par voies naturelles (végétation, océan, etc.). L’ozone (O3) est également mesuré et résulte de réactions chimiques se déroulant dans l’atmosphère. Ces composés sont présents en concentration faible mais ils peuvent être toxiques, cancérigènes.

Les COV associés aux NOx sous l’action de la lumière permettent la formation de l’ozone (O3) troposphérique mesuré à l’Observatoire et surveillé depuis plus de 20 ans par les réseaux de qualité de l’air en raison de sa forte toxicité.

L’observatoire du puy de Dôme est le seul endroit en France où les nuages sont collectés et analysés régulièrement. Les gouttelettes de nuage sont collectées sous forme liquide grâce à un collecteur de nuages et les chercheurs réalisent des mesures de paramètres chimiques et micro biologiques. Ce site est le seul en Europe à caractériser le contenu en microorganismes du nuage et pour cette motivation le chalet est équipé d’une salle de microbiologie pour travailler en conditions stériles.

L’étude du développement microbien sur milieu riche (le milieu gélatineux déposé sur une boîte de Pétri) permet le comptage des colonies qui se développent mais aussi l’identification des microorganismes présents dans l’eau nuageuse (bactéries, champignons, levures,…).

Un poste de sécurité microbiologique (PSM) permet de travailler en conditions stériles, notamment pour le traitement des échantillons d’eau nuageuse. Un flux d’air isole l’espace de travail permettant la manipulation des échantillons sans risque de contamination.

Dans la même salle se trouvent les collecteurs de la phase aqueuse du nuage, en inox. Une partie de ces instruments demeure au puy de Dôme et est lavée, désinfectée à l’éthanol et montée sur la plateforme du toit avant chaque prélèvement de nuage.

D’autres instruments demeurent dans ce laboratoire : un pHmètre permet de mesurer le pH des échantillons, qui, en cas de niveaux de pollution élevés, peut devenir acide.

Lors de leurs venues au sommet du puy de Dôme, les chercheurs de l'OPGC séjournent dans le chalet.