La soutenabilité en actions à l’X : Stratéole 2 Des ballons pour mieux comprendre l’atmosphère - Saison 1, épisode 5

A l’époque des satellites météo, on pourrait croire que l’atmosphère terrestre, scrutée sous tous les angles, n’a plus de secret pour les scientifiques. Pourtant, il en reste encore à percer. Notamment, les vents demeurent très difficiles à observer depuis l’espace. Or, de nombreux processus font intervenir des mouvements de l’air à des échelles allant de la dizaine de milliers de kilomètres à quelques centaines de mètres. Ces mouvements influencent à leur tour des processus à plus petite échelle (la formation des cristaux de glace par exemple), et les observations depuis l’espace n’ont pas la résolution des mesures « in situ » que sont capables d’effectuer les ballons atmosphériques. En particulier, les campagnes Stratéole 2 menées par le CNES et des laboratoires américains et français, dont le LMD, visent à mieux comprendre une région clé, située entre 14 et 18 km d’altitude au-dessus de l’équateur : la tropopause tropicale.

Une région clé pour l’atmosphère

L’atmosphère de la Terre est effectivement structurée verticalement en couches. Proche de nous, la troposphère, est la zone en contact avec le sol chauffé par les rayons du Soleil, et la température baisse avec l’altitude jusqu’à une dizaine de kilomètres. La température remonte après, dans la région appelée stratosphère, car la couche d’ozone, située à plus haute altitude encore, absorbe l’énergie des rayons ultraviolets dans le rayonnement solaire (et nous en protège ainsi). « Troposphère et stratosphère sont deux régions très différentes d’un point de vue dynamique. La tropopause, qui marque la frontière entre les deux, est donc une région clé » note Riwal Plougonven, chercheur au LMD et professeur à l’École polytechnique.

Plusieurs raisons expliquent l’intérêt d’explorer cette région cruciale, notamment au niveau de l’équateur, avec les ballons de Stratéole 2. D’abord, la tropopause tropicale est la région où l’air en provenance de la troposphère entre dans la stratosphère, avant de s’y répartir et de finalement revenir dans la troposphère au niveau des moyennes et hautes latitudes. « C’est en quelque sorte la porte d’entrée de la stratosphère. Comprendre en détail ce qu’il s’y passe est essentiel pour connaître la composition de l’air, notamment la quantité de vapeur d’eau, qui est déterminée par les températures les plus froides rencontrées » précise Riwal Plougoven. Disposer de mesures in-situ permet également de mesurer les phénomènes dynamiques dans toute la gamme d’échelles spatiales impliquées, phénomènes qui demeurent aujourd’hui encore mal pris en compte dans les modèles physiques de l’atmosphère.

Les modèles qui servent aux prévisions météorologiques sont également concernés. Ceux-ci ont besoin de données (vapeur d’eau, vents, température,) pour leur initialisation, d’abord, et pour leur validation, ensuite.  Or, ces mesures sont très rares au niveau de l’équateur. Les premières campagnes Stratéole 2 ont montré un grand écart par exemple entre les vitesses de vents prédits par les modèles dans la tropopause tropicale et celles effectivement mesurées. « L’atmosphère étant un système globalement connecté, cela nuit à la précision des prédictions météo partout sur Terre ». Un des buts du projet a consisté justement à valider grâces aux mesures en ballons des observations du satellite Aeolus de l’Agence spatiale européenne entre 2018 et 2023, capable de quantifier la vitesse des vents à distance.

Des ballons surpressurisés

L’étude de la Terre par ballons est un des cœurs de l’expertise au LMD depuis sa création en 1968. Les ballons de Stratéole 2 ne sont ni des montgolfières ni des ballons en latex comme ceux utilisés quotidiennement par les stations météo et qui éclatent à très haute altitude. Ce sont des ballons surpréssurisés, c’est-à-dire constitués d’une enveloppe inextensible d’une dizaine de mètres de diamètre, gardant un volume constant. Ils dérivent ainsi à 18 ou 20 km d’altitude (selon leur diamètre) pendant plusieurs mois. Ils embarquent différentes suites d’instruments, conçus par les laboratoires partenaires du projet. Les scientifiques du LMD développent par exemple les capteurs TSEN (pour la température, les vents, la pression), B-Bop (mesure de l’ozone) ou encore SAWfPHY (vapeur d’eau). Après des vols d’essais et une première campagne en 2021, les prochains ballons de Stratéole décolleront en 2026 des Seychelles, toujours pour explorer la tropopause tropicale. Ils dériveront cette-fois-ci d’ouest en est pour explorer de nouveaux régimes de vents.

Pour découvrir d'autres actions de lutte contre le réchauffement climatique et en faveur de la soutenabilité, visionnez les autres vidéos de la série :

• Episode 1 : Une balade audiguidée sur le campus
• Episode 2 : Une stratégie énergétique maîtrisée
• Episode 3 : Combiner agriculture et énergie solaire
• Episode 4 : Des sessions Développement Durable destinées aux étudiants des programmes Bachelor et MSc&T

*LMD : une unité mixte de recherche CNRS, ENS-PSL, Sorbonne Université, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, France