En particulier, la présente invention concerne un dispositif et un procédé de détermination de la teneur en eau dans l'atmosphère, un dispositif et un procédé de détection de conditions atmosphériques givrantes. L'invention se rapporte également à un programme d'ordinateur.

Depuis le début des années 1990, des incidents de réacteurs et des anomalies de mesures de vitesse aérodynamique et de température des avions de ligne ont été observés à haute altitude et basse température. En 2004, un groupe de travail sur l'harmonisation des moteurs appelé EHWG (de l'anglais « Engine Harmonization Working Group ») a établi que les conditions givrantes dues à la présence de grosses gouttelettes en surfusion (en anglais SLD pour « Supercooled Large Droplets »), à la présence de cristaux de glace, ou encore à la présence simultanée de SLD et de cristaux de glace étaient à l'origine de ces anomalies. L'Administration de l'Aviation Fédérale américaine FAA, de l'anglais « Fédéral Aviation Administration » ainsi que l'Agence de Sécurité de l'Aviation Européenne EASA, de l'anglais « European Aviation Safety Agency », ont introduit en novembre 2014 des modifications de la réglementation en vigueur pour enrayer la menace que représentent de telles conditions givrantes pour la sécurité des avions en vol. Cette nouvelle réglementation est décrite dans le document intitulé « Aircraft and Engine Certification Requirements for Supercooled Large Drop, Mixed Phase and Ice Crystal Icing Conditions, Fédéral Aviation Administration Docket No. FAA-2010-0636, Amendment Nos. 25-140 and 33-34, Nov. 4, 2014 »

Le règlement CS25 et notamment son Annexe O (en anglais « 14 CFR part 25, Appendix O ») stipulent que les gouttelettes d'eau de diamètre compris entre 5 micromètres et 2300 micromètres doivent pouvoir être détectées. Le règlement CS33 et notamment son Annexe D (en anglais « 14 CFR part 33, Appendix D ») stipulent que les cristaux de glace de dimension comprise entre 5 micromètres et 2700 micromètres doivent pouvoir être détectés.

La technique d'imagerie laser interférométrique pour la détermination de la taille des gouttelettes, généralement appelée technique ILIDS de l'anglais « Interferometric Laser Imaging for Droplet Sizing », mise au point il y a environ 30 ans, permet de mesurer la taille des gouttelettes sphériques dans un pian (analyse en 2 dimensions). Selon cette technique les gouttelettes d'eau sont éclairées par une nappe laser polarisée à un angle d'observation spécifique. Deux points lumineux, appelés points de gloire, sont visibles à la surface des gouttelettes. Ces points de gloire créent un motif d'interférences ayant la forme de franges parallèles quand ils sont imagés dans un plan en dehors du plan focal d'un système optique. L'interfrange, c'est-à-dire la distance entre deux franges successives, est inversement proportionnelle à la distance entre ces deux points de gloire. Ainsi, une mesure de l'interfrange permet de déterminer le diamètre des gouttelettes. Cette technique a également été utilisée pour déterminer une dimension d'une particule solide comme décrit dans les documents « Z. ULANOWSKI et al. Retrieving the size of particles with rough and complex surfaces from two- dimensional scattering patterns. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2012 » et « D. CHICEA. Biospeckle size and contrast measurement application in particle sizing and concentration assessment. Biophysics, September 12, 2006 ». Selon ces documents, lorsqu'un cristal de glace solide de forme quelconque et de surface rugueuse est éclairé par une nappe laser, une multitude de points de gloire sont visibles sur la surface du cristal. L'image en dehors du plan focal montre une image de tavelures (en anglais « speckle »). La taille du grain de tavelure est inversement proportionnelle à la plus grande dimension du cristal de glace visible. Toutefois, l'imagerie interférométrique en défaut de mise au point ILiDS permet de mesurer des gouttes d'eau ou des cristaux de glace dont les dimensions varient dans un rapport d'environ une décade uniquement, notamment en raison de la grande dimension des gouttelettes d'eau et/ou des cristaux de glace par rapport aux résolutions d'imageurs existants sur le marché.

Or, la dimension des gouttes d'eau et des cristaux de glace présents dans l'atmosphère varie entre 5 μιτι et 2 700 μιτι. Cette plage de dimension est bien supérieure à la plage de dimension pouvant être déterminée par l'imagerie interférométrique classique.

L'invention a pour but de proposer un dispositif de détermination de la teneur en eau dans l'atmosphère qui satisfasse aux exigences de sécurité en vol établies par la réglementation FAR et qui satisfassent aux exigences de fiabilité et de robustesse liées à l'aéronautique et notamment une résistance aux fortes vibrations, une durée de vie supérieure à 30 ans ainsi que la possibilité de fonctionner dans une gamme de température de -55 °C à +70 °C.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de détermination de la teneur en eau dans l'atmosphère comportant:

- un émetteur laser propre à émettre un faisceau laser destiné à éclairer des particules présentes dans l'atmosphère, lesdites particules étant des particules d'eau et/ou des particules de glaces,

- un premier imageur en défaut de mise au point, le premier imageur ayant un premier angle de collection, le premier imageur étant propre à capturer au moins une première image représentative de particules comprises dans une première gamme de dimensions, et

- une unité de traitement en liaison de communication avec le premier imageur.

II comporte en outre un deuxième imageur en défaut de mise, le deuxième imageur au point ayant un deuxième angle de collection, le deuxième imageur étant propre à capturer au moins une deuxième image représentative de particules d'une deuxième gamme de dimensions, l'unité de traitement est en liaison de communication avec le deuxième imageur, l'unité de traitement étant propre à traiter les première et deuxième images pour déterminer la teneur en eau dans l'atmosphère. Avantageusement selon l'invention, l'emploi de deux ou plusieurs imageurs permet de mesurer une population de particules ayant une gamme de dimensions supérieure à la gamme de dimension couverte par la technologie ILIDS et permet ainsi de pallier l'inconvénient de l'état de la technique. Avantageusement, ce dispositif de détermination est fiable et robuste.

Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de détermination comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- Le faisceau laser présente un profil d'intensité rectangulaire uniforme.

Avantageusement, ce type de faisceau permet d'éclairer l'ensemble du volume d'échantillonnage de façon homogène.

- Le faisceau laser présente une forme de nappe qui s'étend dans un plan d'émission, et dans lequel ledit faisceau laser diverge selon une direction perpendiculaire au plan d'émission.

Avantageusement, cette forme divergente permet d'obtenir des épaisseurs de volumes d'échantillonnage différentes.

- Le faisceau laser présente une forme de nappe qui s'étend dans un plan d'émission, et dans lequel ledit faisceau laser converge selon une direction perpendiculaire au plan d'émission dans une zone proche de l'émetteur laser, et diverge selon une direction perpendiculaire au plan d'émission dans une zone distante de l'émetteur laser.

Avantageusement, cette forme convergente puis divergente permet d'adapter plus finement les épaisseurs des volumes d'échantillonnage.

- Le premier imageur présente un angle de champ compris entre 2° et 10° et le deuxième imageur présente un angle de champ compris entre 10° et 25°.

Avantageusement, le premier imageur permet de prendre en compte une forte concentration de petites particules. Tandis que le deuxième imageur permet de prendre en compte une faible concentration de grosses particules. - Le faisceau laser présente un axe d'émission, le premier imageur comprenant une pupille et un axe de diffusion, le deuxième imageur comprenant une pupille et un axe de diffusion et dans lequel la longueur de l'axe de diffusion du premier imageur définie entre la pupille du premier imageur et la l'axe de d'émission est comprise entre 50 millimètres et 200 millimètres, et la longueur de l'axe de diffusion du deuxième imageur définie entre la pupille du deuxième imageur et l'axe de d'émission est comprise entre 100 millimètres et 300 millimètres.

- Le dispositif comporte en outre un troisième imageur en défaut de mise au point ayant un troisième angle de collection propre à capturer au moins une troisième image représentative de particules comprises dans une troisième gamme de dimensions, et en ce que l'unité de traitement est en liaison de communication avec le troisième imageur, l'unité de traitement étant propre à traiter les images capturées par le premier, le deuxième et le troisième imageurs pour déterminer la teneur en eau présente dans l'atmosphère.

Avantageusement, l'utilisation de trois imageurs permet de déterminer la teneur en eau dans l'atmosphère sur l'intégralité de la gamme de dimensions de particules liquides et solides spécifiée par la réglementation aéronautique.

- Le faisceau laser présente une forme de nappe qui s'étend dans un plan d'émission, et dans lequel la dimension moyenne du faisceau laser selon une direction perpendiculaire au plan d'émission est définie selon la relation suivante :

t (di) = 2 x In ((di +150)/150)

Dans laquelle :

- t est la dimension du faisceau laser mesurée selon une direction perpendiculaire au plan d'émission, et

- di est la dimension des particules mesurée dans le plan perpendiculaire à l'axe de diffusion.

La présente invention concerne également un dispositif de détection de conditions atmosphériques givrantes. Ce dispositif de détection comporte un dispositif de détermination de la teneur en eau défini tel que mentionné ci- dessus ; une entrée propre à recevoir une valeur de température de l'air extérieure ; et dans lequel l'unité de traitement est propre à détecter des conditions atmosphériques givrantes en fonction de la teneur en eau déterminée et de la valeur de la température de l'air extérieure.

La présente invention concerne en outre un procédé de détermination de la teneur en eau dans l'atmosphère par traitement d'images acquises par un dispositif de détermination comportant un émetteur laser propre à émettre un faisceau laser destiné à éclairer des particules d'eau et de glace présentes dans l'atmosphère, un premier et un deuxième imageur propres à capturer au moins une première image et respectivement une deuxième image représentative des particules, et une unité de traitement en liaison de communication avec premier et le deuxième imageur, le procédé comportant les étapes suivantes :

a) Déterminer les dimensions des particules imagées sur ladite première image et ladite deuxième image ;

b) Calculer la masse des particules par unité de volume des particules imagées sur ladite première image et ladite deuxième image ; et c) Déterminer la teneur en eau dans l'atmosphère par addition de la masse calculée pour la première image et de la masse calculée pour la deuxième image. La présente invention concerne également un procédé de détection des conditions atmosphérique givrantes. Ce procédé comporte les étapes suivantes:

- déterminer la teneur en eau par mise en œuvre du procédé de détermination décrit ci-dessus ;

- réceptionner une valeur de température extérieure ;

- détecter des conditions atmosphériques givrantes à partir de la teneur en eau et de la valeur de température extérieure.

Enfin, l'invention concerne un programme d'ordinateur comportant des instructions pour mettre en œuvre le procédé de détermination décrit ci-dessus, lorsqu'il est exécuté par un processeur et un programme d'ordinateur comportant des instructions pour mettre en œuvre le procédé de détection décrit ci-dessus, lorsqu'il est exécuté par un processeur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures sur lesquelles :

- la figure 1 qui est une vue schématique du dispositif de détermination de la teneur en eau selon la présente invention ;

- la figure 2 est une vue schématique de dessus du dispositif de détermination illustré sur la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue perspective schématique de l'émetteur laser et du faisceau laser du dispositif de détermination illustré sur la figure 1 ;

- la figure 4 est une vue perspective schématique d'un émetteur laser et d'un faisceau laser selon une variante de réalisation du dispositif de détermination selon l'invention ;

- la figure 5 est une vue en perspective du dispositif de détection de conditions atmosphériques givrantes selon la présente invention ;

- la figure 6 est un diagramme représentatif des étapes du procédé de détermination selon l'invention ; et

- la figure 7 est une représentation schématique d'un exemple d'image acquise par le premier ou le deuxième imageur du dispositif de détermination selon la présente invention ; et

- la figure 8 est un diagramme représentatif des étapes du procédé de détection selon l'invention.

Dans la présente demande de brevet, le terme « particule » a été utilisé pour désigner à la fois des gouttelettes d'eau et des cristaux de glace. Le terme « dimension di » a été utilisé pour définir la taille d'une particule dans le plan perpendiculaire à l'axe de diffusion tel que défini ci-après.

Le dispositif de détermination 1 de la teneur en eau dans l'atmosphère selon l'invention est représenté sur la figure 1 . La teneur en eau est la quantité d'eau que contient un volume d'air. Ce dispositif de détermination 1 permet d'acquérir des images par imagerie interférométrique en défaut de mise au point (ILIDS). Ce dispositif de détermination 1 est embarqué dans un aéronef en vol. En référence à la figure 1 , ce dispositif de détermination 1 comprend :

un émetteur laser 2 propre à émettre un faisceau laser 14 puisé, un premier imageur 4 en défaut de mise au point propre à capturer des images de particules 1 1 , 1 2 ayant une dimension comprise dans une première gamme de dimension ;

un deuxième imageur 5 en défaut de mise au point propre à capturer des images de particules 1 1 , 1 2 ayant une dimension comprise dans une deuxième gamme de dimension ; et

une unité de traitement 6 en liaison de communication avec le premier 4 et le deuxième 5 imageurs, par exemple en liaison de communication filaire.

L'émetteur laser 2, le premier 4 et le deuxième 5 imageurs sont, par exemple, placés à l'intérieur du fuselage d'un aéronef et pointent vers l'extérieur au travers d'un hublot.

L'émetteur laser 2 comprend une unité non représentée propre à émettre un faisceau laser ayant un axe d'émission A-A et un dispositif optique 7, 8 apte à focaliser le faisceau laser émis en une nappe. Cette nappe s'étend dans un plan, dit plan d'émission (x, y), en considérant le repère orthogonal direct (x, y, z) représenté sur la figure 1 .

De préférence, le faisceau laser 14 présente une forme qui, diverge selon une direction perpendiculaire au plan d'émission (x, y) depuis une partie de l'espace à proximité de l'émetteur laser vers une partie de l'espace plus éloignée de l'émetteur laser 2 comme représentée sur la figure 3.

Comme visible sur la figure 3, cette forme est par exemple obtenue par un système optique comportant deux lentilles cylindriques 7, 8.

La détermination du nombre de particules 1 1 , 12 ayant une dimension comprise dans la première gamme de dimension est réalisée dans un premier volume d'échantillonnage 9 défini par l'intersection du faisceau laser 14 et du champ de vision du premier imageur 4. De la même façon, la détermination du nombre de particules 1 1 , 12 ayant une dimension comprise dans la deuxième gamme de dimension est réalisée dans un deuxième volume d'échantillonnage 10 défini par l'intersection du faisceau laser 14 et du champ de vision du deuxième imageur 5.

La hauteur et la largeur du premier volume d'échantillonnage 9 sont déterminées par les angles de champ γ1 et β1 du premier imageur 4 ainsi que par la distance entre le premier imageur 4 et le premier volume d'échantillonnage 9. Les angles de champ yl et β1 du premier imageur 4 sont par exemple compris entre 2° et 10°.

De la même façon, la hauteur et la largeur du deuxième volume d'échantillonnage 10 sont données par les angles de champ γ2 et β2 du deuxième imageur 5 ainsi que par la distance entre le deuxième imageur 5 et le deuxième volume d'échantillonnage 10.

Les angles de champ y2et β2 du deuxième imageur sont par exemple compris entre 10° et 25°. Avantageusement, la forme divergente du faisceau laser 14 permet d'adapter l'épaisseur (dimension selon l'axe z) du premier volume d'échantillonnage 9 ainsi que l'épaisseur du deuxième volume d'échantillonnage 10 en fonction de la dimension et de la concentration des particules que l'on souhaite mesurer. De manière générale, le premier volume d'échantillonnage 9 qui est positionné proche de l'émetteur laser 2, est utilisé pour mesurer des particules de petites dimensions. Le deuxième volume d'échantillonnage 10 qui est positionné à une distance plus éloignée de l'émetteur laser 2, est utilisé pour mesurer des particules de plus grandes dimensions. Par exemple, un premier volume d'échantillonnage 9 ayant une épaisseur comprise entre 0.25 et 1 .4 millimètres permet d'échantillonner des particules ayant une dimension di comprises entre 15 et 150 micromètres. Par exemple, un deuxième volume d'échantillonnage 10 ayant une épaisseur comprise entre 2 et 5 millimètres permet d'échantillonner des particules ayant une dimension di comprises entre 150 et 1 500 micromètres. Avantageusement, l'épaisseur des volumes d'échantillonnage 9, 10 doit être supérieure à la dimension maximale des particules que l'on souhaite mesurer. L'épaisseur ne doit cependant pas être trop élevée afin de réduire la probabilité de superposition des particules dans le champ de vue. Des expérimentations ont conduit à l'établissement d'une loi empirique définissant l'épaisseur moyenne du volume d'échantillonnage selon une direction (z) perpendiculaire au plan d'émission (x, y). Cette épaisseur moyenne est également la dimension moyenne du faisceau laser 14 selon une direction (z). Elle est définie par la relation suivante : t (di) = 2 x In ((di +150)/150)

Dans laquelle :

t est la dimension du faisceau laser (14) mesurée selon une direction (z) perpendiculaire au plan d'émission (x, y), et

- di est la dimension en micromètres des particules mesurée dans le plan perpendiculaire à l'axe de diffusion.

Par exemple, le faisceau laser 14 devrait avoir une épaisseur t égale à environ 1 millimètre pour mesurer des particules ayant des dimensions comprises une première gamme de dimensions allant de 10 micromètres à 100 micromètres. Le faisceau laser 14 devrait avoir une épaisseur t égale à environ 4 millimètres pour mesurer des particules ayant des dimensions comprises dans une deuxième gamme de dimensions allant de 100 micromètres à 1 000 micromètres. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, le premier volume d'échantillonnage 9 et le deuxième volume d'échantillonnage 10 sont distincts l'un de l'autre pour des raisons liées à l'encombrement du dispositif. La détermination de la teneur en eau reste néanmoins exacte car ces volumes d'échantillonnage sont statistiquement traversés par les mêmes particules par unité de volume donnée.

L'émetteur laser 2 est propre à générer un faisceau laser 14 ayant un profil d'intensité rectangulaire uniforme généralement appelé en anglais « top-hat ». Le faisceau laser 14 est polarisé. Dans le cas où le champ électrique du faisceau laser 14 évolue dans un plan (x, z), la polarisation est dite parallèle. Le plan (x, z) contient l'axe de diffusion B-B du premier imageur 4 et l'axe de diffusion C-C du deuxième imageur 5. La polarisation est dite perpendiculaire dans le cas ou le champ électrique évolue dans le plan d'émission (x, y). La polarisation est choisie en fonction des angles de diffusion. Par exemple, dans le mode de réalisation décrit, les angles de diffusion 01 et Θ2 sont de 90° et respectivement de 120° et la polarisation est parallèle. La longueur d'onde du laser est, par exemple, égale à 532 nm. La fréquence de pulsation du laser est synchronisée à la fréquence d'acquisition des images par le premier 4 et le deuxième 5 imageurs.

Le premier 4 et le deuxième 5 imageurs sont, par exemple, constitués par des caméras CCD.

Le premier imageur 4 possède un axe optique B-B qui forme un angle θι avec le plan d'émission (x, y) de la nappe laser. Le deuxième imageur 5 possède un axe optique C-C qui forme un angle θ ₂ avec le plan d'émission (x, y) de la nappe laser. Ces angles θι et θ ₂ sont généralement appelés angles de diffusion.

Les angles de diffusion θι et θ ₂ sont fixes. Ils sont prédéterminés de manière à obtenir pour chaque particule d'eau des points de gloire ayant des intensités équivalentes. Les angles de diffusion θι et θ ₂ dépendent également de la longueur d'onde et de la polarisation du laser.

Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 , la longueur d'onde du laser est égale à 532 nanomètres et les angles de diffusion θι et θ ₂ sont différents l'un de l'autre. L'angle de diffusion Θ1 est, par exemple, égal à 90 ° et l'angle de diffusion Θ2 est, par exemple, égal à 120°. L'angle de diffusion Θ1 de 90° permet de mesurer des particules qui sont dans le premier volume d'échantillonnage 9 et qui ont une dimension comprise dans la première gamme de dimensions. L'angle de diffusion Θ2 de 120° permet de mesurer des particules qui sont dans le deuxième volume d'échantillonnage 10 et qui ont une dimension comprise dans la deuxième gamme de dimension.

En référence à la figure 2, le premier 4 et le deuxième 5 imageurs comprennent, chacun, un système optique convergent 18 de focale F, une pupille 21 et un plan d'acquisition d'images 19 situé en amont du plan focal 16 du système optique convergent 18.

On appelle "défocalisation" la distance entre le plan d'acquisition d'images 19 et le plan focal 16.

Le premier imageur 4 est propre à capturer des images formées par la diffusion du faisceau laser 14 sur les particules situées dans le premier volume d'échantillonnage 9. Le deuxième imageur 5 est propre à capturer des images formées par la diffusion du faisceau laser 14 sur les particules situées dans le deuxième volume d'échantillonnage 10. Les particules imagées par le premier 4 et le deuxième 5 imageurs sont les particules d'eau et les particules de glace contenues dans le premier et respectivement le deuxième volume d'échantillonnage.

Chaque particule éclairée par le faisceau laser réémet une portion de ce faisceau dans la totalité de l'espace. Tandis que le diagramme de diffusion d'une particule circulaire est prédictible et décrit par la théorie de Mie, la diffusion par une particule solide constituée d'une multitude de facettes n'est plus déterministe. L'imageur en défaut de mise au point permet de récupérer une partie du faisceau laser diffusé par la particule (fonction de diffusion angulaire) afin de l'analyser. La pupille 21 du système optique du premier imageur et la longueur de l'axe de diffusion B-B du premier imageur 4 définie entre la pupille 21 du premier imageur et l'axe de d'émission A-A définissent un cône. L'angle au sommet de ce cône est appelé angle de collection a1 . La valeur de cet angle de collection est égale à :

a1 = atan(<ï>1 /D1 )

dans laquelle

atan est la fonction mathématique arc-tangente,

Φ1 est le diamètre de la pupille 21 du premier imageur 4, et D1 est la longueur de l'axe de diffusion B-B comprise entre la pupille 21 du premier imageur et l'axe de d'émission A-A.

De la même façon, l'angle de collection a2 est défini par la relation

a2 = atan(<ï>2 /D2 )

dans laquelle :

atan est la fonction mathématique arc-tangente,

Φ2 est le diamètre de la pupille 21 du deuxième imageur 5, et D2 est la longueur de l'axe de diffusion C-C compris entre la pupille 21 du deuxième imageur 5 et l'axe de d'émission A-A.

Ces angles de collection a1 et a2 sont illustrés sur la figure 2.

Les angles de champ γ1 , γ2, β1 et β2, la défocalisation, la distance focale F du système optique convergent, les angles de collection a1 et a 2, la distance entre le faisceau laser et chacun des imageurs, ainsi que la résolution spatiale des premier 4 et deuxième 5 imageurs sont adaptés aux dimensions et aux concentrations des particules que l'on souhaite mesurer. Ils sont appelés ci- après paramètres d'acquisition. Les paramètres d'acquisition du premier 4 et du deuxième 5 imageurs sont donc différents les uns des autres. Sur les zones sensibles de chaque imageur, la dimension des interférogrammes 22 représentatifs des particules d'eau et des particules de glace est invariante quelque soit la dimension de ces particules d'eau 1 1 et de ces particules de glace 12. Cette dimension des interférogrammes est fixée par les paramètres d'acquisition.

Par exemple, dans le mode réalisation représenté (laser à 532 nm, faisceau de polarisation rectiligne parallèle, angle de diffusion du premier imageur : Θ1 =90°, angle de diffusion du second imageur : Θ2=120), les paramètres d'acquisition suivants peuvent être utilisés :

- angles de collection du premier imageur : a1 = 4.58°,

- angles de collection du second imageur : a2 = 2.18°,

- épaisseur de la nappe au centre du premier volume d'échantillonnage:

500 μιτι,

- épaisseur t du faisceau au centre du deuxième volume d'échantillonnage égale à 3mm,

- angle de champ γ1 et angle de champ β1 du premier imageur égaux à 7.5°,

- longueur D1 de l'axe de diffusion B-B compris entre la pupille 21 du premier imageur et l'axe de d'émission A-A, est égale à 152 mm

- angle de champ γ2 et angle de champ β2 du second imageur égaux à 17,2°,

- longueur D2 de l'axe de diffusion C-C compris entre la pupille 21 du premier imageur et l'axe de d'émission A-A, est égale à 194mm.

L'unité de traitement 6 comprend une unité de calcul et une mémoire propre à stocker des instructions pour mettre en œuvre un procédé de détermination de la teneur en eau selon l'invention.

L'unité de traitement 6 est propre à recevoir au moins une première image 36 acquise par le premier imageur 4 et au moins une deuxième image acquise par le deuxième imageur 5 et à traiter la première image et la deuxième image à partir du procédé de détermination, décrit ci-après.

L'unité de traitement 6 est apte à générer une information relative à la teneur en eau dans l'atmosphère à partir du traitement de la première image issue du premier imageur 4 et du traitement de la deuxième image issue du deuxième imageur 5.

En variante, les angles de diffusion Θ1 et Θ2 peuvent être identiques et égaux à 90 ° avec un émetteur laser 2 émettant un faisceau ayant une longueur d'onde égale à 532 nanomètres.

Selon une autre variante, l'émetteur laser 2 émet un faisceau ayant une longueur d'onde égale à 1550 nanomètres, l'angle de diffusion Θ1 est égal à 90° et l'angle de diffusion Θ2 est égal à 130°.

En variante, le premier volume d'échantillonnage 9 pourrait être compris dans le deuxième volume d'échantillonnage. Un système optique adapté permettrait alors de capter les images prises par chacun des imageurs.

Selon une variante représentée sur la figure 4, la nappe laser 14 converge selon une direction perpendiculaire au plan d'émission (x, y) dans une partie de l'espace à proximité de l'émetteur laser 2, puis diverge dans une partie de l'espace plus éloignée de l'émetteur laser 2. Avantageusement, la forme convergente puis divergente du laser permet d'adapter l'épaisseur (dimension selon l'axe z) du premier volume d'échantillonnage 9 ainsi que l'épaisseur du deuxième volume d'échantillonnage 10 en fonction de la dimension et de la concentration des particules que l'on souhaite mesurer. En variante, le dispositif de détermination selon l'invention comporte un premier émetteur laser propre à générer une nappe laser ayant une première épaisseur (dimension selon l'axe z) et un deuxième émetteur laser propre à générer une nappe laser ayant une deuxième épaisseur ; la deuxième épaisseur ayant une plus grande dimension que la première épaisseur.

Selon une variante non représentée, le dispositif de détermination selon un second mode de réalisation comprend un premier, un second et un troisième imageurs. Ces trois imageurs permettent de déterminer la dimension de l'ensemble des particules atmosphériques.

Par exemple, dans ce mode de réalisation, les paramètres d'acquisition du premier imageur sont définis pour déterminer la dimension des particules ayant une dimension comprise entre 5 μιτι et 50 μιτι. Dans ce cas, l'épaisseur du premier volume d'échantillonnage serait de 0,6 millimètres. Les paramètres d'acquisition du deuxième imageur sont définis pour déterminer la dimension des particules ayant une dimension comprise entre 50 μιτι et 500 μιτι. Dans ce cas, l'épaisseur du deuxième volume d'échantillonnage serait de 3 millimètres. Les paramètres d'acquisition du troisième imageur sont définis pour déterminer la dimension des particules ayant une dimension comprise entre 500 μιτι et 5 000 μιη. Dans ce cas, l'épaisseur du troisième volume d'échantillonnage serait de 7 millimètres.

La présente invention concerne également un dispositif 30 de détection de conditions atmosphériques givrantes représenté sur la figure 5.

Ce dispositif de détection 30 comporte les mêmes éléments techniques que le dispositif de détermination 1 décrit ci-dessus en liaison avec les figures 1 à 4. Ces éléments techniques sont référencés par les mêmes références et ne seront pas décrits une nouvelle fois. Le dispositif de détection 30 est donc similaire au dispositif de détermination 1 à l'exception du fait que l'unité de traitement 6 de dispositif de détection 30 comporte en outre une entrée 7 propre à recevoir une valeur de température de l'air extérieure (en anglais «OAT pour Outside Air Température »). Cette valeur de température extérieure est par exemple fournie par un dispositif de mesure de température externe déjà existant dans l'aéronef. L'unité de traitement 6 du dispositif de détection est propre à détecter des conditions atmosphériques givrantes en fonction de la teneur en eau déterminée et de la valeur de la température de l'air extérieure réceptionné comme décrit dans le procédé de détection décrit ci-après. Lorsque l'aéronef vole dans un nuage, les particules 1 1 , 12 contenues dans le nuage traversent le premier 9 et le deuxième 10 volumes d'échantillonnage à la vitesse de l'avion. Ces particules peuvent être constituées par des particules d'eau 1 1 c'est-à-dire des gouttelettes d'eau ou des particules de glace 12 c'est-à-dire des cristaux de glace.

L'imageur 4 capture une première image 36 des particules 1 1 , 12 contenues dans le premier volume d'échantillonnage 9 par exemple tous les 1/20 de seconde. Simultanément (ou en parallèle), l'imageur 5 capture une deuxième image des particules contenues dans le deuxième volume d'échantillonnage 10.

Le procédé de détermination selon la présente invention est alors exécuté par l'unité de traitement 6 sur plusieurs premières images générées par le premier imageur 4, et sur plusieurs deuxièmes images générées par le deuxième imageur 5.

Plus le nombre d'images sur lesquelles le procédé de détermination sera exécuté est grand, plus le résultat sera représentatif de la nature globale du nuage et plus le temps de réponse du dispositif de détermination sera long. Le compromis entre précision du résultat et temps de réponse est négociable par l'utilisateur du dispositif de détermination. Les étapes de traitement décrites ci-après sont mises en œuvres sur chaque première image capturée par le premier imageur en prenant en compte les dimensions du premier volume d'échantillonnage 9 pour les étapes de calcul 106, 1 10 et 1 12. Au cours d'une première étape 100, une première image 36 est réceptionnée par l'unité de traitement 6. Un exemple d'une première image est représenté sur la figure 7. Cette première image 36 contient un nombre d'interférogrammes 22 égal au nombre de particules 1 1 , 12 qu'il y a dans le premier volume d'échantillonnage au moment de la prise d'image. Les interférogrammes 22 se présentent tous sous la forme de disques de même diamètre dépendant des paramètres d'acquisitions, quelque soit la dimension des particules. Les disques contenant des franges d'interférence parallèles 24 correspondent à des particules d'eau 1 1 . Les disques contenant des tavelures 26 (en anglais « speckle ») sont représentatives de particules de glace 12.

Au cours d'une étape 101 de segmentation, les interférogrammes sont séparés du fond de l'image.

A cet effet, un seuillage adaptatif est effectué sur l'ensemble de l'image 36 en fonction du niveau de gris moyen de l'image, suivi d'un filtrage médian. Une ouverture morphologique (une érosion suivie d'une dilatation) est ensuite réalisée pour éliminer les objets qui sont trop petits pour appartenir à un interférogramme de dimension fixe connue. Une série de dilatations successives est réalisée afin de connecter les éléments restants pour former les marqueurs des interférogrammes que l'on recherche. Les centres de ces marqueurs sont ensuite recherchés. L'image d'origine est ensuite masquée avec des disques dont les centres sont ceux des marqueurs. Ces disques présentent un diamètre identique à celui des interférogrammes. Ce diamètre est calculé à partir des paramètres d'acquisition.

Au cours d'une étape 102, les interférogrammes 22 représentatifs des particules d'eau 1 1 et des interférogrammes 22 représentatifs des particules de glace 12 sont recherchés. Pour chaque interférogramme segmenté à l'étape 101 , la fonction d'autocorrélation selon l'axe y est calculée. Lorsque la largeur à mi- hauteur du pic d'autocorrélation obtenu est inférieure à un seuil défini alors cet interférogramme est représentatif d'une particule d'eau 1 1 , sinon cet interférogramme est représentatif d'une particule de glace 12. Le seuil est défini en fonction des paramètres d'acquisition.

Pour chaque interférogramme 22 représentatif d'une particule d'eau, la dimension di de cette particule est calculée, au cours d'une étape 104. A cet effet, la transformée de Fourier de l'interférogramme est calculée, et l'interfrange en est déduit. Puis, la dimension di de la particule 1 1 d'eau est calculée à partir de cet interfrange en utilisant l'équation classique d'ILIDS décrite dans le document « G. Koenig, K. Anders, and A. Frohn. A new light-scattering technique to measure the diameter of periodically generated moving droplets. Journal of Aérosol Sciences, 17:157-167, 1986 ».

Au cours d'une étape 106, la masse d'eau du volume d'échantillonnage est calculée. Pour cela, le volume de chaque particule d'eau identifiée dans l'image est calculé à partir de la formule ndi ³ /6 où di est la dimension calculée au cours de l'étape 104. Puis, les volumes calculés pour chaque particule d'eau sont additionnés afin de déterminer le volume de l'ensemble des particules d'eau contenues dans le volume d'échantillonnage. La masse d'eau correspondant à ce volume est calculée en multipliant la masse volumique de l'eau par le volume de l'ensemble des particules d'eau. Enfin, cette masse d'eau est divisée par le volume d'échantillonnage défini en mètre cube.

Pour chaque interférogramme 22 de particule de glace 12 identifié à l'étape 102, la dimension di de cette particule de glace est mesurée au cours d'une étape 108, en réalisant une fonction d'autocorrélation à deux dimensions du motif de tavelure 26. Cette fonction d'autocorrélation permet d'obtenir une distribution en forme de pic. Puis, la largeur à mi-hauteur du pic est mesurée. La dimension di de la particule de glace 12 selon un plan parallèle au plan d'acquisition d'images 19, est évaluée à partir de cette largeur à mi-hauteur, comme décrit dans les publications scientifiques comme « D. CHICEA. Biospeckle size and contrast measurement application in particle sizing and concentration assessment. Biophysics, September 12, 2006 ».

Au cours d'une étape 1 10, la masse de glace du volume d'échantillonnage est calculée. Pour cela, le volume de chaque particule de glace identifiée dans l'image est calculé à partir de lois masses-diamètres en considérant la dimension di calculée au cours de l'étape 104, telles que celle proposée par Heymsfield dans « ANDREW J. HEYMSFIELD. Refinements to Ice Particle Mass Dimensional and Terminal Velocity Relationships for lce Clouds. Part II: Evaluation and Parameterizations of Ensemble lce Particle Sédimentation Velocities. Journal Of The Atmospheric Sciences 2006 ». Puis, les masses calculées pour chaque particule de glace sont additionnées afin de déterminer la masse de l'ensemble des particules de glace contenues dans le volume d'échantillonnage. Enfin, cette masse de glace est divisée par le volume d'échantillonnage défini en mètre cube.

Au cours d'une étape 1 1 1 , le procédé retourne à l'étape 100 au cours de laquelle l'unité de traitement réceptionne une nouvelle première image 36.

Les étapes 100 à 1 10 sont répétées sur plusieurs premières images provenant du premier imageur 4. Puis, au cours d'une étape 1 12, la masse d'eau moyenne du premier volume d'échantillonnage et la masse de glace moyenne du premier volume d'échantillonnage 9 sont calculées à partir des masses de glace et des masses d'eau calculées sur plusieurs premières images. En parallèle, au cours d'une étape 1 14, la masse d'eau moyenne et la masse de glace moyenne du deuxième volume d'échantillonnage 10 sont calculées. A cet effet, les étapes de traitement 100 à 1 12 sont mises en œuvre sur plusieurs deuxièmes images capturées par le deuxième imageur 5 en prenant en compte les dimensions du deuxième volume d'échantillonnage 10 pour les étapes de calcul 106, 1 10 et 1 12. La deuxième image est similaire à la première image. Elle n'a donc pas été représentée sur les figures.

Enfin, au cours étape 1 16, la teneur en eau dans l'atmosphère est déterminée en additionnant la masse d'eau moyenne et la masse de glace moyenne calculées au cours des étapes 1 12 et 1 14. Cette teneur en eau comporte la teneur en eau liquide LWC (de l'anglais « Liquid Water Content ») et la teneur en eau solide IWC (de l'anglais « Ice Water Content ») issues du premier 9 et du deuxième 10 volumes d'échantillonnage. En variante, les étapes du procédé de détermination sont réalisées à partir d'une seule première image et d'une seule deuxième image. La présente invention concerne également un procédé de détection des conditions atmosphériques givrantes. Ce procédé est mis en œuvre par le dispositif de détection 30 illustré sur la figure 5.

Ce procédé de détection est illustré sur la figure 8. Il comporte les mêmes étapes 100 à 1 16 que le procédé de détermination décrit ci-dessus. Il comporte en outre les étapes supplémentaires 1 18 et 120 décrites ci-après.

Au cours de l'étape 1 18, une valeur de température de l'air extérieur est réceptionnée par l'entrée 7 de l'unité de traitement 6.

Au cours de l'étape 120, la détection des conditions givrantes est réalisée à partir de la teneur en eau obtenue au cours de l'étape 1 16 et de la valeur de la température réceptionnée par l'entrée 7 en appliquant la réglementation en vigueur, notamment les normes CFR mentionnées précédemment.