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L ’appauvrissement de la couche
d’ozone est observé au-des-
sus des latitudes hautes et moyennes.
Il est plus accentué dans les régions
polaires en raison du froid. La des-
truction de la couche d’ozone a été
initialement observée au-dessus
de l’Antarctique. A présent, ce trou
d’ozone se forme à chaque prin-
temps austral (septembre).En 2000,
ce phénomène a été exceptionnel-
lement plus précoce, suscitant bon
nombre d’inquiétudes. Par ailleurs,
la destruction de l’ozone a rapide-
ment évolué au-dessus de l’Arctique
ces dernières années. Dans les lati-
tudes moyennes plus chaudes,cette
destruction est plus lente mais
néanmoins significative. Le Proto-
cole de Montréal, traité interna-
tional signé en 1987, a permis de
réduire considérablement les émis-
sions de substances destructrices
de la couche d’ozone. La concen-
tration des gaz destructeurs de
l’ozone dans la stratosphère est
maximale aujourd’hui. D’ici 50 à
100 ans, elle devrait diminuer len-
tement et atteindre à nouveau les
valeurs initiales à condition qu’il
n’y ait plus de changements atmo-
sphériques.
Durant la dernière décennie, les
programmes européens nationaux
et ceux de la Commission euro-
péenne ont été intégrés à un pro-
gramme européen de coordination
des recherches stratosphériques.
La Commission européenne, les
agences spatiales nationales et les
scientifiques ont pris part à cette
initiative avec enthousiasme. La
coopération entre les programmes
d’une part, et une méthode effi-
cace de coordination de la recherche
scientifique d’autre part, sont des
éléments clés pour mener à bien
cette recherche. Les trois grandes
campagnes européennes sur l’ozone
stratosphérique réalisées à l’aide
de ballons, ont constitué un volet
important de ce programme. La
troisième campagne européenne
d’observation de l’ozone strato-
sphérique (Theseo - Third European
Stratospheric Experiment on Ozone)
u L’intégralité des résultats de la campagne Theseo,
en cours de rédaction*, va apporter une contribution
majeure à la prochaine évaluation scientifique du pro-
tocole de Montréal. Ils aideront à la définition des futures
actions internationales en faveur de la réduction des gaz
destructeurs de l’ozone dans l’atmosphère.
Theseo
Troisième campagne
européenne
d’observation de l’ozone
stratosphériquepar N.R.P. Harris,
Unité de coordination européenne sur l’ozone
C O O P E R A T I O N©
CN
ES 19
99,p
hoto
P.Le
Doa
ré
41
s’est déroulée de 1998 à 2000, fai-
sant suite à la campagne euro-
péenne d’observation de l’ozone
stratosphérique dans les régions
arctiques (Easoe - European Arctic
Stratospheric Ozone Experiment)
de 1991 à 1992, et à la deuxième
campagne européenne d’obser-
vation de l’ozone stratosphérique
dans les régions arctiques et de
latitudes moyennes (Sesame -
Second European Stratospheric Arc-
tic and Mid-latitude Experiment)
de 1994 à 1995. Elles se sont toutes
inscrites dans le cadre plus large
d’un programme européen d’étude
de l’ozone stratosphérique et des
rayonnements UV qui intègre la
recherche en laboratoire, la mise
au point de nouveaux instruments,
le développement de modèles
atmosphériques et des mesures
de terrain.
L’appauvrissement de la couche d’ozone au-dessus de l’Europe est-il préoccupant ?Theseo était une campagne de ter-
rain paneuropéenne financée par
la Commission européenne et de
nombreuses agences spatiales natio-
nales, dont le CNES. Son objectif
visait à étudier les causes de l’ap-
pauvrissement progressif de l’ozone
observé en Europe et dans les régions
de latitudes moyennes au nord,au
cours des 30 dernières années. Ces
études ont été effectuées dans des
conditions stratosphériques très
différentes afin de répondre à des
questions telles que : “Existera-t-il
un trou dans la couche d’ozone au-
dessus de l’Arctique?”,“quelle influence
le changement du climat aura-t-il
sur le rétablissement de la couche
d’ozone au fur et à mesure que dimi-
nueront les concentrations atmo-
sphériques de gaz destructeurs de
l’ozone ?” Cet appauvrissement de
l’ozone au-dessus des régions de
latitudes moyennes est dû à un cer-
tain nombre de processus qui se
produisent à ces latitudes et dans
l’atmosphère voisine. En consé-
quence, l’étude scientifique pour-
suivie ici s’est portée sur quatre
y Pourquoi avoir installé une base de lâcher de bal-
lons à Esrange ?
L’utilisation d’Esrange comme base de ballons remonte à 1974,
quand le CNES a souhaité coopérer avec l’Union Soviétique
pour lancer des ballons depuis le Nord.Initialement c’était une
base de fusées sondes. Sa construction a été décidée en 1963
par l’ESRO,European Space Research Organisation, qui n’était
pas très impliquée dans le commerce de satellites jugé alors
trop cher.L’ESRO a donc commencé par lancer des fusées sondes.
Les sites de Sicile et de Grèce posaient des problèmes de sécu-
rité et n’avaient pas de réel intérêt scientifique. Or en Suède, il
y avait les aurores boréales, un sujet en or pour la recherche.
Le choix s’est donc porté sur Kiruna. Dès le départ, la base lui
a appartenu.L’ESRO a construit les installations et les a gérées
jusqu’en 1972. La première fusée a été lancée le 20 novembre
1966.La première campagne de ballons du CNES,Sambow,sur
les aurores boréales, a débuté huit ans plus tard en 1974, sui-
vie de deux autres campagnes en 1976 et en 1979. A l’époque
les Américains étaient également intéressés par des lâchers
de ballons mais uniquement en été.
y L’intérêt pour la couche d’ozone est donc venu
plus tard ?
C’est une coïncidence.Dans les années soixante,nous ne pen-
sions qu’au phénomène d’aurore boréale.Le problème de l’ap-
pauvrissement de l’ozone est apparu dans les années quatre-
vingt.Il s’est avéré que notre site avait une position géographique
idéale pour mener à bien des recherches sur ce sujet. Autre
coïncidence, nous avons découvert à cette époque la possibi-
lité d’implanter sur la base des antennes de suivi de satellites
en orbite polaire.
y Vous recevez de plus en plus de scientifiques pour
des campagnes ballons à Esrange, est-ce que vous
pensez que cette demande va augmenter dans les
années à venir ou au contraire décroître ?
Je suis très optimiste en ce qui concerne le volet ballons. Celui
des fusées sondes est voué à péricliter.Si l’on considère les pro-
blèmes liés à l’environnement dans le monde entier,plus nous
sommes nombreux, plus nous polluons l’atmosphère, plus
nous devons tenter de contrôler ces phénomènes. Les ballons
représentent un excellent moyen pour y parvenir. Pour le
moment, il n’y a pas d’alternative pour les distances de 20 à
50 km dans la haute atmosphère.
y Si aujourd’hui les centres d’intérêts scientifiques
se déplaçaient de l’Arctique vers les Tropiques, dis-
posez-vous d’un savoir-faire qui pourrait s’exporter ?
A l’avenir peut-être. L’intérêt scientifique ne peut pas se foca-
liser sur un seul site. Les chercheurs souhaitent comprendre
et contrôler ce qui se passe sur l’ensemble de la Terre. Nous
sommes dans un système global.Vous ne pouvez pas séparer
artificiellement les Tropiques des régions subtropicales et arc-
tiques.Déjà certains s’intéressent de près aux Tropiques.Céci-
lia Biarritz,une scientifique américaine de la NOAA,a comme
projet de lancer plusieurs centaines de ballons sur l’ensemble
de la planète durant deux à trois mois.Lorsqu’un ballon tom-
bera, un autre sera immédiatement lancé pour garder une
trace de ce qui se passe dans la stratosphère et ainsi être en
mesure d’obtenir un système d’alerte précoce.
Cette idée est très visionnaire même si aujourd’hui elle n’est
peut-être pas réalisable. La démarche de considérer la Terre
comme une unité est bonne.Dans le monde peu de personnes
savent lâcher des ballons et mener à bien ces missions. Il faut
donc coopérer davantage à l’avenir pour soutenir le travail
des scientifiques. Je pense que les gens doivent apprendre à
être plus souples à l’avenir.
y La communauté scientifique internationale tra-
vaillant sur la couche d’ozone n’est pas extensible,
comment vous situez-vous par rapport au CNES ?
Partenaire ou concurrent ?
Nous avons un accord de coopération avec le CNES qui clari-
fie nos rôles respectifs.Nous sommes complémentaires et non
concurrents. Nous avons toujours besoin de l’aide du CNES
pour le lancer de gros ballons,50 000 m3 et plus.Pour les petits
ballons, nous pouvons opérer seuls. Grâce à cet accord, nous
avons la possibilité désormais d’effectuer des lancements paral-
lèles, simultanément ailleurs dans le monde et à Esrange. En
fusionnant nos équipes, nous disposons d’une bonne straté-
gie pour l’avenir.Le but est que l’Europe soit plus indépendante
des Etats-Unis pour mener à bien ses propres recherches.Aujour-
d’hui, nous sommes dépendants des décisions américaines
notamment pour les licences d’exportation. Ces difficultés ne
transparaissent pas tellement pour les ballons mais surtout
pour les fusées sondes. ■
Suède
Plus de coopérationopérationnelle propos recueillis par Brigitte Thomas
Entre les aurores boréales et la couche d’ozone, Kiruna occupe dans l’Arctique
une position exceptionnelle pour les chercheurs. Jan Englund, directeur de la
base d’Esrange, est optimiste sur le développement futur de l’activité ballon.
Jan Englund
42
C O O P É R A T I O N
régions : la stratosphère inférieure
des régions de latitudes moyennes,
l’interface entre la stratosphère infé-
rieure des latitudes moyennes et
l’atmosphère voisine, le tourbillon
de l’Arctique,les régions de latitudes
tropicales et subtropicales.
La principale phase de la campagne
1998/99 a été consacrée aux régions
de latitudes moyennes.Theseo 2000,
une extension de la campagne The-
seo,a eu pour objectif d’étudier l’hi-
ver 1999/2000 en Arctique, en liai-
son avec la campagne américaine
Solve** (Sage III Ozone Loss and Vali-
dation Experiment).Cette campagne
conjointe Solve-Theseo 2000 a été
la plus grande campagne organisée
jusqu’ici pour l’étude de l’appau-
vrissement de l’ozone. Elle a réuni
plus de 400 scientifiques et personnel
technique de l’Union européenne,
du Canada,de l’Islande,du Japon,de
la Norvège,de la Pologne,de la Rus-
sie, de la Suisse et des Etats-Unis.
Mesurer des nuagesstratosphériques polairesà -80°Pour Theseo, certains scientifiques
ont réalisé des mesures sous bal-
lons, d’autres chercheurs ont uti-
lisé des modèles numériques pour
étudier la stratosphère et interpréter
les observations.Toute une série de
ballons (de petite et grande taille
et de longue durée), transportant
des charges utiles pesant jusqu’à
500 kg, ont été utilisés pour effec-
tuer des mesures à des altitudes
maximales de 35 km.Plus de 45 bal-
lons stratosphériques ont été lâchés
par le CNES depuis ses installations
en France,ainsi que de la base d’Es-
range du SSC en Suède et de la base
Inta en Espagne. D’autres lâchers
de ballons ont été réalisés à partir
des installations d’Andoya/Alomar
dans le nord de la Norvège. Dans ce
programme, Kiruna, avec la base
d’Esrange et son aéroport bien
équipé, est devenu un atout pré-
cieux dans l’arsenal européen pour
la recherche stratosphérique. Les
équipes CNES et SSC (Swedisch Space
Corporation) compétentes dans ce
domaine ont à leur actif plus de
douze ans d’expérience dans le lâcher
de ballons, en hiver, sur ce site. La
valeur de cette expérience et les
compétences des équipes respon-
sables des lâchers de ballons se reflè-
tent dans les résultats d’un vol par-
ticulièrement notable, réalisé au
cours de l’hiver 1999/2000.La charge
utile, mise au point dans le cadre
d’une collaboration allemande /
danoise / française / italienne / amé-
ricaine,était destinée à prendre des
mesures des nuages stratosphé-
riques polaires, en vue de leur ana-
lyse. Ces nuages, sans lesquels la
destruction chimique de l’ozone ne
peut se produire,ne se forment que
si la stratosphère est très froide
( -80ºC). Durant l’hiver 1999/2000,
un vol a pu être réalisé avec succès
grâce à la justesse des prévisions
météorologiques, à l’absence de
secousses lors du lâcher dans des
conditions limites et à la maîtrise
de la navigation. Un deuxième vol
a pu avoir lieu quelques jours plus
tard. Le bénéfice de ces vols sur le
plan scientifique s’est avéré très
important. Ces études sur les pro-
priétés des nuages stratosphériques
polaires se poursuivent dans le pro-
jet européen Cipa. Un nombre plus
important de lâchers de ballons sera
réalisé par le CNES et le SSC depuis
la base d’Esrange au cours des hivers
2000/01 et 2001/02.
Des moyens techniques à l’image du programmeEn parallèle une flotte d’avions équi-
pés de différentes fonctions tech-
niques et charges utiles scienti-
fiques devra effectuer une étude
détaillée de l’atmosphère.Déjà, six
avions de recherche ont contribué
à l’étude des processus des zones
subtropicales aux pôles : le M-55
Geophysica volant à très haute alti-
tude, le Falcon DLR, le Mystère 20
et ARAT du CNRS/INSU, le Cessna
néerlandais (Stream), et le Lear Jet
de la force aérienne suisse.
Grâce à des instruments au sol et
à des sondes d’ozone,le réseau euro-
péen de stations observe la com-
position de la stratosphère et les
UV-B, sur une large superficie, tout
au long de l’année.Ces stations sont
un élément important du Réseau
mondial de détection des change-
ments stratosphériques et du pro-
gramme de Veille atmosphérique
mondiale de l’OMM***. Leurs obser-
vations sur de longues périodes,
utilisées pour étudier les évolutions
à long terme de la stratosphère,
contribuent aussi significativement
aux campagnes de terrain et jouent
un rôle important dans la valida-
tion des instruments des satellites.
Les instruments embarqués sur les
satellites servent à observer la stra-
tosphère avec une couverture quasi-
globale.L’expérience du projet mon-
dial de surveillance et de recherche
concernant l’ozone sur Ers 2 et les
moyens de mesures III de l’ozone
et des aérosols sur Spot 4 (Poam)
ont fourni des mesures concernant
l’ozone et d’autres composants
atmosphériques. Dans un proche
avenir, les mesures atmosphériques
provenant d’Odin et d’Envisat appor-
teront une contribution inestimable
aux études sur les problèmes atmo-
sphériques de demain.
Theseo a englobé 13 projets au total,
conduits dans le cadre du pro-
gramme pour la recherche dans le
domaine de l’environnement et du
climat, sous l’égide de la Direction
Générale de la Recherche de la Com-
mission européenne. Une étroite
coordination entre ces projets a été
assurée, grâce à la contribution de
plusieurs agences nationales. Les
activités scientifiques ont été coor-
données par l’unité scientifique
européenne chargée de coordon-
ner les recherches sur la réduction
de la couche d’ozone et le groupe
central de Theseo. ■
*http://cloud1.arc.nasa.gov/solve/
© C
NES
1999
,pho
to P.
Le D
oaré
** Campagne financée par la NASA associant des scientifiques de la NASA, de la NOAA et du NRL*** organisation météorologique mondiale
Vérification de la force ascentionnelle
des ballons auxiliaires qui servent
à faciliter le lancement de la nacelle LPMA.
kiruna 1999
43
L e ministère allemand de l’Edu-
cation et de la recherche (BMBF)
a subventionné, de 1989 à 1999, le
programme de recherche sur l’ozone
(OFP) concernant le développement
de nouveaux instruments,les obser-
vations de terrain, la recherche en
laboratoire et les études de modé-
lisation sur les processus chimiques
et dynamiques de l’appauvrisse-
ment de la couche d’ozone. Le but
étant de contrôler et d’analyser la
variabilité spatio-temporelle de
l’ozone et des rayons UV-B en vue
de prévoir (à l’aide des modèles
numériques) les futurs change-
ments dans la composition de la
stratosphère. Ce programme s’ins-
crit dans la continuité des activi-
tés scientifiques menées sur la
moyenne atmosphère par plusieurs
instituts de recherche allemands
rattachés à des universités, à l’Ins-
titut Max Planck et à des instituts
de recherche gouvernementaux.
En 2000, le BMBF a lancé le pro-
gramme de recherche atmosphé-
rique 2000 (AFO 2000) dans le cadre
du programme allemand de
recherche sur le changement à
l’échelle du globe. AFO 2000 est
destiné à soutenir les activités scien-
tifiques : - dans les processus de
transport vertical dans la tropo-
sphère liés aux cycles atmosphé-
riques de l’énergie, de l’eau et des
gaz indicateurs, - dans les proces-
sus physiques et chimiques dans
la haute troposphère, la moyenne
atmosphère, ainsi que leur impact
sur le cycle des gaz indicateurs et
sur le changement du climat,-enfin
dans le rôle des aérosols en tant
que système multiphasé dans la
troposphère et la stratosphère.
De grands ballons pourobserver la compositionde la moyenneatmosphèreCinq instituts allemands mènent
des projets expérimentaux basés
sur l’utilisation de plateformes
scientifiques montées sur de grands
ballons pour observer la composi-
tion de la moyenne atmosphère.
Les principaux objectifs scienti-
fiques de ces études sont : - de sur-
veiller l’évolution à long terme du
taux de mélange des principaux
gaz à effet de Serre et des gaz sources
d’halogènes dans la stratosphère
(Université de Francfort / Centre
de recherche de Jülich), - d’étudier
la composition des aérosols stra-
tosphériques,en particulier les par-
ticules des nuages stratosphériques
polaires (Institut Max Plank, Hei-
delberg), - de mesurer la distribu-
tion verticale des produits chlorés
et azotés réactifs dans la strato-
sphère au-dessus des régions de
moyennes et hautes latitudes pour
étudier leur rôle dans les proces-
sus d’appauvrissement de l’ozone
(Centre de recherche de Jülich /
Université d’Heidelberg), - d’ob-
server en détail les “familles” de
l’azote et du chlore qui contien-
nent des éléments indicateurs afin
d’étudier les processus chimiques
dans la moyenne atmosphère (Centre
de Recherche de Karlsruhe). Pour
atteindre ces objectifs, ces centres
de recherche ont lié d’étroites rela-
tions avec des instituts européens,
japonais et américains. La plupart
des instruments allemands mon-
tés sur des ballons font partie de
projets de validation d’instruments
destinés à être embarqués sur les
satellites Envisat, Odin et Adeos 2.
Les nouvelles données collectées
seront également une source pré-
cieuse d’informations scientifiques.
La couche d’ozone, actuellement
perturbée,devrait revenir à un état
normal au cours des prochaines
décennies (cf. article de Neil Har-
ris p. 40) . Toutefois, ce retour à la
normale risque d’être considéra-
blement retardé en raison du refroi-
dissement de la moyenne atmo-
sphère, dû à l’accroissement des
concentrations de gaz à effet de
serre. Avec environ 150 vols de bal-
lons réalisés pour le compte de
centres de recherche allemands,
l’Allemagne est devenue le plus
gros client du CNES. ■
Augmentation, avec le temps, du rapport de mélange du CF2Cl2 (CFCL2), gaz chloré
anthropogène le plus abondant, dans la basse stratosphère, selon les résul-
tats des observations effectuées à l’aide de ballons lors des deux dernières
décennies.
Nacelle triple du laboratoire KFA Jülich
pour le programme d’aéronomie allemand.
© C
NES
1998
,pho
to C
.Bar
dou
AFO 2000
Le programme allemand
de recherche atmosphérique 2000par Ulrich Schmidt, Institut de Météorologie et de Géophysique/
Goethe Institut, Université de Francfort, Allemagne
44
C O O P É R A T I O N
Le Programme Stratégie
2000 de la NASA
par Vernon Jones
Responsable du Programme scientifique
des Affaires sous-orbitales et sciences spatiales, NASA
La NASA (National Aeronautics and Space
Administration) assure la mise à disposition
de ballons pour un large éventail de disci-
plines scientifiques, notamment l’astrono-
mie infrarouge et sub-millimétrique, l’as-
trophysique des rayons cosmiques et des
hautes énergies, la physique solaire et hélio-
sphérique, et la physique de la haute atmo-
sphère. Pour sélectionner les charges utiles,
elle a recours à une revue d’experts partici-
pant à des projets financés par les subven-
tions pour la Recherche et la Technologie.
Les critères d’évaluation sont la valeur scien-
tifique et technique du projet, ainsi que son
adéquation au Programme Stratégique de
la NASA.
Plusieurs expériences sous ballons avec des
détecteurs d’une sensibilité jusqu’à 100 fois
supérieure à celle du Cosmic Background Explorer de la NASA (1990)
étudient le fond de rayonnements hyperfréquences (CMB - cosmic
microwave background). L’une des plus connues est l’expérience
Boomerang (Balloon Observations of Millimetric Extragalactic
Radiation and Geophysics) qui, en janvier 1999, a volé dix jours autour
de l’Antarctique et mis en évidence la géométrie euclidienne plate de
l’Univers. La NASA l’a d’ailleurs récemment incluse dans une liste
informelle des dix principales découvertes de ces cinq dernières
années dans le domaine des sciences spatiales.
Dans un avenir proche, l’expérience TopHat
sur l’étude du fond de rayonnements
hyperfréquences, doit être lan-
cée en Antarctique.
Access, Constellation X… un planning bien rempli
Les plateformes scientifiques sous ballons constituent d’excellents
bancs d’essai technologiques pour les nouvelles missions spatiales.
L’Advanced Thin Ionization Calorimeter, prototype de l’un des deux
instruments de l’expérience Access (Advanced Cosmic-ray
Composition Experiment for the Space Station), accompagnera
TopHat dans l’Antarctique. Le Transition Radiation Array for Cosmic
Energetic Radiation, prototype de l’autre instrument d’Access, a été
acheminé par avion au départ de Fort Sumner (Nouveau Mexique)
en octobre 1999. L’expérience Access (lancement prévu en 2006-
2007) aura pour mission de vérifier l’hypothèse de l’accélération
des rayons cosmiques dans les ondes de choc des supernovae, l’un
des objectifs de la campagne de missions spatiales définie dans le
Programme Stratégique 2000.
La NASA exige que les détecteurs du Gamma-ray Large Area Space
Telescope (lancé en 2005 en partenariat avec le CNES) soient
d’abord testés sur des prototypes sous ballons. Ces tests sont prévus
pour 2001 et 2002. L’International Focusing Optics Collaboration for
Micro-Crab Sensitivity sous ballon intègre un télescope d’une lon-
gueur focale de 8 mètres de diamètre, ainsi qu’un nouveau type de
capteur afin de développer l’optique de focalisation pour les rayons
X pénétrants, nouvelle technologie nécessaire pour la mission
Constellation X prévue en 2008.
L’évolution récente des nouveaux matériaux des ballons, et des tech-
nologies associées, permettra d’effectuer, pour un coût relativement
modeste, des recherches captivantes et importantes du point de vue
stratégique. Une mission de démonstration d’une durée de 80 à 100
jours, avec une charge utile scientifique d’environ une tonne, doit être
lancée en décembre 2001. Selon les objectifs, de tels “satellites strato-
sphériques” peuvent concurrencer les satellites à orbite basse. Un
projet prometteur envisage d’embarquer sur un ballon un télescope
de 2,5 m, d’une résolution équivalente à celle du Large Champ et de la
Caméra 2 Planétaire du télescope spatial Hubble. A environ 36 km
d’altitude, ce télescope pourrait détecter des planètes comme
Jupiter qui tournent autour des étoiles les plus
brillantes à 33 années-lumière de la Terre.
© N
ASA
Vue d’artiste du ballon très longue durée
Test de suspension
de la charge utile ATIC
avant son départ pour
l’Antarctique
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