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L'ozone et les vents, mystères de notre atmosphère

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L'ozone et les vents, mystères de notre atmosphère

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De nouveaux satellites européens vont bientôt fournir des données précieuses et inédites sur l'ozone ou encore les vents.

Dans ce numéro de Space, Jeremy Wilks nous fait découvrir les techniques employées par les scientifiques pour mieux connaître notre système météorologique et climatique. Il y a bien sûr les mesures réalisées au sol, mais aussi depuis l’espace. Et en la matière, de nouveaux satellites européens nous permettront bientôt de disposer de nouvelles données précieuses sur l’ozone ou encore les vents.

Pour mieux comprendre notre atmosphère, il est essentiel de collecter des données. C’est le travail mené notamment par une équipe que nous rencontrons à l’observatoire météorologique de Hohenpeissenberg en Bavière.

Depuis cinquante ans, sur place, des ballons-sondes sont envoyés dans le ciel pour réaliser des mesures. Elles sont aujourd’hui complétées par des données satellites dans l’objectif de vérifier des modèles météorologiques et climatiques.

Wolfgang Steinbrecht, chercheur spécialiste de l’ozone au service météorologique allemand (Deutscher Wetterdienst), nous en dit plus : “On établit les courbes de température, d’humidité, de vent et en plus, celle de l’ozone. Et aujourd’hui, ajoute-t-il, c’est un point qui nous intéresse parce qu’on veut voir comment la couche d’ozone est en train de se reconstituer."

La couche d’ozone qui se trouve entre 20 et 50 km d’altitude a été dégradée au cours du XXe siècle par la pollution humaine liée aux émissions de gaz chlorés ou chlorofluorocarbones (CFC).

Le ballon-sonde que Wolfgang Steinbrecht s’apprête à lancer va justement permettre de mesurer la quantité d’ozone présente au-dessus de sa région. “Il va traverser les premières couches, puis rejoindre l’atmosphère qui n’est pas contaminée par ce qui se trouve au sol, explique-t-il. L’air devient alors de plus en plus froid jusqu‘à ce qu’il atteigne la stratosphère où se trouve la plus grande quantité d’ozone et où les températures commencent à remonter : c’est à environ dix kilomètres de la Terre aujourd’hui,” indique-t-il.

Mesurer l’ozone depuis l’espace

Des données sur la pollution et l’ozone à un niveau de détail sans précédent, c’est ce que doit fournir le nouveau satellite de l’Agence spatiale européenne (ESA) Sentinelle 5P lancé le 13 octobre. Cette mission s’intègre au programme d’observation de la Terre Copernicus initié par la Commission européenne. Son but : procurer des informations cruciales sur l’origine et le déplacement des émissions nocives.

“Ce satellite dispose d’un instrument qui fera des mesures sur l’ensemble du globe : il s’agit d’un instrument calibré unique qui réalise des mesures partout, il va permettre de comparer directement, les niveaux de pollution en Europe avec ceux en Chine ou aux Etats-Unis,” se félicite Pieternel Levelt, directrice de la recherche et développement en observations satellites de l’Institut météorologique royal des Pays-Bas (KNMI) et professeure à l’Université de technologie de Delft.

Tropomi, l’instrument qui équipe Sentinelle 5P et a été développé aux Pays-Bas, pourrait aussi permettre de trancher une question encore mystérieuse : la couche d’ozone est-elle vraiment en train de se reformer depuis l’interdiction des gaz chlorés à la fin des années 80 suite à l’entrée en vigueur du protocole de Montréal en 1989 ?

“Actuellement, il continue d’y avoir chaque année, un trou dans la couche d’ozone et ce trou se situe au-dessus du pôle Sud entre septembre et octobre, souligne Pieternel Levelt. Au niveau planétaire, la quantité d’ozone est encore inférieure à celle présente dans les années 60-70, poursuit la scientifique. On s’attend à ce que l‘état de la couche d’ozone s’améliore et je crois que peut-être cette année ou l’an prochain, Tropomi sera l’instrument qui apportera vraiment la preuve que oui, la couche d’ozone est bien en voie de guérison," espère-t-elle.

Observer les vents partout sur le globe

On ne connaît pas tout de notre atmosphère, loin de là. Dans les prochaines années, de nouveaux satellites européens devraient aider à résoudre d’autres inconnues : la manière dont la pollution contribue à la formation des nuages, le rôle du méthane dans le changement climatique, mais aussi le vent, un paramètre fondamental peu observé à l‘échelle de la planète.

Le satellite Aeolus que l’ESA lancera l’an prochain sera le premier à surveiller les vents depuis l’espace. “Aujourd’hui, nos capacités sont limitées, nous n’avons pas beaucoup de mesures de vent partout sur le globe, fait remarquer Anne Grete Straume, scientifique sur le projet Aeolus à l’ESA. C’est vraiment l’un des plus grands défis dans la prévision météo : avoir de bonnes informations sur les vents, renchérit-elle avant d’ajouter : “C’est tout l’enjeu de ces mesures par satellite et de cette mission qui observera le vent du niveau du sol jusqu‘à de hautes altitudes partout sur la planète, ce sera d’une grande utilitépour ceux qui réalisent des modèles.”

La conception d’un appareil de mesure du vent depuis l’espace a été un processus long et complexe. Les ingénieurs du Centre aérospatial allemand d’Oberpfaffenhofen ont réalisé des tests à bord d’un avion pour calibrer leur instrument à technologie laser de type Lidar.

Oliver Reitebuch, scientifique spécialisé en technologie Lidar au Centre aérospatial allemand, nous présente cet instrument : “Notre centre a développé un prototype aéroporté du modèle qui se trouvera dans le satellite. On l’a placé sur cet avion pour faire les validations nécessaires, dit-il. C’est passionnant parce qu’avant même le lancement, on collecte déjà les données que nous obtiendrons grâce au satellite, on peut tester nos algorythmes et on acquiert de l’expérience pratique, c’est très important,” se réjouit-il.

Effets du changement climatique

Le satellite Aeolus mesurera les vents à une distance comprise entre 10 et 30 km du sol, dans des zones où l’on ne dispose actuellement d’aucune donnée en la matière. À la clé : une avancée majeure pour les prévisions météo.

“Grâce à Aeolus, insiste Oliver Reitebuch, on pourra mesurer le système mondial des vents. On les observera dans les tropiques où on ne le fait pas aujourd’hui, mais aussi au-dessus des océans – aujourd’hui, on ne lance pas de radiosondes – de ballons-sondes – au-dessus des océans qui recouvrent une grande part de notre planète, précise-t-il. On mesurera aussi les vents dans l’Antarctique et l’Arctique où le changement climatique se fait sentir,” souligne-t-il.

Retour à la station météo bavaroise où sont enregistrées les données collectées par les ballons météo. Une fois combinées aux informations qui nous seront bientôt envoyées de l’espace, elles nous aideront peut-être à éclaircir les dernières zones d’ombre de notre climat.

“On sait que le climat change ; ce qu’on ne sait pas dans le détail, c’est ce que cela veut dire pour les différentes régions du globe, indique Wolfgang Steinbrecht. Les étés seront-ils plus chauds ici dans le sud de l’Allemagne ? Probablement. Y aura-t-il plus de pluie ? On ne le sait pas encore. Qu’est-ce qui va changer dans les différentes parties de notre atmosphère ? Quels en seront les effets ? énumère-t-il. Nous, on essaie d’apporter des données fiables qui associées à celles des satellites, nous diront comment notre atmosphère évolue,” conclut-il.

Jeremy Wilks avec Stéphanie Lafourcatère