Comprendre le scintillomètre : Instrument clé en météorologie et études atmosphériques

Un scintillomètre est un instrument pour détecter le changement de luminosité (Cn²), ou scintillation, d’un faisceau électromagnétique passant à travers l’atmosphère à la suite de la variation d'indice de réfraction de l’air le long de son trajet. Cette variation est causée par la distribution de la température, de la pression et de l’humidité dans le volume d’air rencontré, ainsi que de la turbulence dans le milieu.

Le tout permet d’étudier les échanges de chaleur sensible entre le sol et l’atmosphère lorsque de la lumière du spectre visible est utilisé et le flux de chaleur latente (évapotranspiration) si ce sont des micro-ondes. Cet appareil ne doit pas être confondu avec le détecteur à scintillation qui est un instrument pour détecter les photons émis par un matériau fissible ou à la suite d'un dépôt d'énergie par interaction d'un rayonnement.

Principe de fonctionnement : L'onde électromagnétique subit une réfraction produite par les variations de température (T), de pression (p) et d’humidité (e) qui modifient la trajectoire de propagation de l’onde électromagnétique. L’indice de réfraction de l’air (n) est habituellement est à peu près égal à 1,0003 mais varie selon la composition chimique de l’atmosphère et des particules qui sont en suspension, qui causent diffusion et absorption.

Le chemin suivi par le faisceau du scintillomètre verra des variations de ces paramètres dues aux turbulences de la couche limite atmosphérique. Les tourbillons modifient la trajectoire de l’onde électromagnétique de différentes manières suivant le rapport entre leur taille et la taille du faisceau. Les gros tourbillons tendent à agir comme des dioptres qui dévient le rayon latéralement. Ceux de taille moyenne se comportent comme des lentilles convergentes ou divergentes (en fonction de la valeur de n), alors que les plus petits ont un rôle diffractant. La taille du faisceau est donc très importante pour savoir quels sont les tourbillons qui vont avoir le plus d’influence sur la propagation. C'est l'étude de ces variations qui va donner les flux dans l’atmosphère traversée.