Suivre les cendres volcaniques en temps réel, un projet français devenu réalité

Des compteurs d'aérosols embarqués à bord de ballons-sondes sont désormais capables de suivre le déplacement des nuages de cendres volcaniques et plus globalement d'étudier la qualité et la quantité des aérosols dans l'atmosphère et la haute atmosphère. Un événement dans la communauté scientifique, mais aussi industrielle.

« Nous n'avions pas jusqu'à présent d'outils aussi performants, légers et manipulables que cet instrument embarqué sous les ballons-sondes que nous avons mis au point », indique Jean-Baptiste Renard, du Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace1. L'idée d'embarquer à bord de ballons des outils de mesure des aérosols présents dans l'atmosphère n'est pas nouvelle. Depuis les années 60, les hommes cherchent à étudier les particules, liquides ou solides, en suspension dans l'atmosphère entre le sol et 60 kilomètres d'altitude. Ce sont des éléments provenant de l'activité industrielle ou du trafic routier, d'éruptions volcaniques ou des poussières interplanétaires.

Pendant longtemps, le poids des matériaux de détection de ces aérosols était tel que les opérations de prélèvement nécessitaient de prévoir des ballons importants pour s'élever et aller prendre des mesures jusqu'à 40 kilomètres. « Or, au-delà de 3 kilogrammes, tout élément volant nécessite une autorisation, il présente des risques lorsqu'ils retombent et ne sont pas facilement manipulables, explique Jean-Baptiste Renard. Difficile en ce cas d'être réactif. Il nous fallait donc mettre au point des systèmes de détection plus légers qui pourraient donc être embarqués à bord de ballons-sondes ne dépassant la limite de 3 kilogrammes ».

Mais les contraintes sont fortes : il s'agit de mettre au point un outil performant et léger dont la durée d'utilisation pourrait se limiter à quelques heures, et dont le coût ne serait pas exorbitant. L'épisode volcanique en Islande en avril 2010 a accéléré le processus et les besoins deviennent pressants. Le projet de Jean-Baptiste Renard a été accepté par l'Agence nationale de la Recherche, fin 2010, et plusieurs partenaires se sont joint au Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace : la société Environnement-SA2 ; le Laboratoire des Sciences, du Climat et de l'Environnement3 ; le Laboratoire d'Aérologie4 ; le Centre national d'étude spatial5.

Le projet a été lancé début 2011. Le Centre national d'étude spatial se charge du ballon et l'équipe de Jean-Baptiste Renard des instruments de mesure. « Finalement nous avons réussi à mettre au point de petits compteurs d'aérosols baptisé LOAC pour « Light Optical Aerosol Counter » qui sont capables de transmettre plusieurs types de données au sol. Ces données permettent notamment de répondre à des questions essentielles sur la quantité et la nature des prélèvements : sont-ils liquide ou solide ? Contiennent-ils des particules de carbone, issus d'une combustion ? S'agit-il de sable ou de cendres volcaniques ? »

Les quatre premiers vols expérimentaux réalisés en Islande et dans le nord de la Suède, en juillet et août 2011, ont été concluants. Les compteurs embarqués sont capables d'envoyer des données prises jusqu'à 30 kilomètres d'altitude. Les ballons sont facilement manipulables et peuvent être lancés sans difficultés. Une réflexion sur les moyens nécessaires à une production plus importante est actuellement conduite par le partenaire industriel, car la demande se précise : deux campagnes d'études scientifiques du Centre national de la Recherche scientifique6 ont déjà prévu de faire appel à ce nouvel outil : la campagne TraqA, programmée en 2012, dont l'objectif est de mesurer, depuis Fos-sur-Mer, dans le sud de la France, la pollution industrielle ; la campagne Charmex qui doit nous en apprendre un peu plus sur les transports de sable entre le Sahara et l'Europe ainsi que sur la pollution industrielle du bassin méditerranéen.

Prochaine étape pour que ce dispositif devienne l'outil de prédilection des météorologues : faire perdre encore quelques dizaines de grammes au poids du compteur d'aérosols LOAC et le tester à bord de ballons troposphériques, capables de séjourner pendant plusieurs jours dans l'atmosphère.

« Nous espérons pouvoir embarquer l'instrument à bord d'un ballon pressurisé de couche limite (couche de l'atmosphère directement influencée par la surface terrestre, entre 0 et 1 km d'altitude) afin de pouvoir suivre les particules du nuage volcanique durant tout son voyage à travers l'atmosphère et donc de pouvoir estimer son évolution au fil du temps », se projette déjà Nicolas Verdier, responsable de la filière ballons traceurs troposphériques du Centre national d'étude spatial.

Delphine Barrais

1 ]]> www.lpce.cnrs-orleans.fr ]]>

2 ]]> www.environnement-sa.fr/ ]]>

3 ]]> www.cea.fr ]]>

4 ]]> www.aero.obs-mip.fr/ ]]>

5 ]]> www.cnes.fr ]]>

6 ]]> www.cnrs.fr ]]>