
Climatologie
© SAFIRE L'ATR 42, un des appareils de Safire (Service des avions français instrumentés pour la recherche en environnement), ici en phase d'atterrissage.
À la fin du mois de mai, deux avions de recherche, un Atr 42 et un Falcon 20 quitteront pour l'un la base de Francazal dans la banlieue toulousaine, et pour l'autre celle de Creil en région parisienne, en partance pour l'Afrique, et plus précisément pour Niamey, au Niger. À leur bord, des instruments de recherche sophistiqués et un équipage réduit à son minimum. Leur mission : participer à la grande aventure Analyses multidisciplinaires pour la mousson africaine (Amma) pour l'étude et le suivi d'un phénomène atmosphérique complexe et mal compris, mais vital pour le continent : la mousson africaine.
Avec un petit bimoteur, le Piper Aztec, les trois avions composent une compagnie aérienne un peu particulière, la flotte Safire, ou Service des avions français instrumentés pour la recherche en environnement. Cette récente unité mixte de service du CNRS est gérée par trois organismes : le CNRS, le Centre national d'études spatiales (Cnes) et Météo France. Une structure à trois composants dont la direction est assurée par Marc Pontaud, de Météo France, et André Gribkoff, du CNRS.
L'aventure africaine sera une première pour les deux anciens appareils de ligne qui ont été préparés et bichonnés pendant des mois pour être reconvertis en avions de recherche. Il a fallu d'abord obtenir l'homologation accordée par la Direction générale de l'aviation civile : une sorte de brevet d'aptitude à effectuer en toute sécurité des heures de vol. Puis les ingénieurs et techniciens ont installé dans la carlingue une batterie d'instruments scientifiques : un minimum indispensable pour effectuer des mesures de température, de vitesse du vent et de pression, mais aussi d'autres, plus sophistiqués – un lidar, un radar ou encore une plateforme de mesures chimiques – qui serviront aux premières campagnes d'observation de la mousson.
Mais pourquoi s'évertuer à créer de véritables laboratoires volants alors que des satellites, toujours plus performants et aux compétences similaires, encombrent déjà l'espace ? « Nous avons vraiment besoin des mesures aéroportées, explique Nicole Papineau, de l'Institut national des sciences de l'Univers (Insu) du CNRS. Elles concernent l'atmosphère entre zéro et dix kilomètres, et c'est un atout majeur lorsqu'il s'agit d'observer et d'étudier un phénomène à l'échelle locale, comme la formation des nuages, par exemple. »
Un demi-siècle de recherches aéroportées
D'ailleurs cela fait pas moins de soixante ans que des avions de recherche volent pour la gloire de la science. Tout a commencé en 1946, au lendemain de la Seconde Guerre mondiale. À l'époque, le centre d'aviation météorologique (CAM) de Météo France décide d'utiliser des petits avions pour des mesures de physico-chimie atmosphérique. Puis, en 1960, le CNRS s'associe au CAM pour utiliser un Cessna dédié à la chimie atmosphérique. L'association semble vite porter ses fruits, au point qu'en 1980, le CNRS et Météo France, rejoints par le Cnes, créent un partenariat avec l'Institut géographique national (IGN) pour utiliser un avion de grande capacité, un Fokker 27, qui prend le nom d'Arat (Avion de recherche atmosphérique et de télédétection), puis à la fin des années quatre-vingt-dix, un Falcon 20 pour effectuer des mesures à plus haute altitude…
Après de nombreuses années de collaborations fructueuses, les trois organismes décident de mutualiser leurs efforts au sein d'une seule et même structure qui regroupe les différents moyens humains, financiers et matériels nécessaires à la gestion des avions de recherche. C'est ainsi qu'est né Safire en février 2005. Son centre névralgique se trouve dans la banlieue toulousaine : un hangar de 2 000 m2 abrite des laboratoires de mise au point de l'instrumentation aéroportée… sans compter une unité dédiée à l'analyse des données recueillies en vol. Aujourd'hui, les avions de Safire sont des instruments scientifiques, au même titre qu'un télescope ou un accélérateur de particules. Pour les utiliser, il faut répondre à un appel d'offres et demander des heures de vol. Les projets scientifiques présentés passent ensuite devant un « Comité scientifique et technique des avions » qui les sélectionne.
Amma, première mission
Au début de l'été, les deux avions viendront prêter main-forte aux centaines de chercheurs qui tentent depuis maintenant quatre ans de comprendre les humeurs de l'air et de l'eau en Afrique de l'Ouest. La mission Amma, initiée par des chercheurs du CNRS et de l'Institut de recherche pour le développement (IRD) est ainsi devenue une collaboration internationale qui réunit une trentaine de pays jusqu'en 2010… « Nous voulons comprendre les interactions complexes entre océan, surface continentale et atmosphère qui sont à l'origine de la variabilité interannuelle de la mousson et rendent difficile la prévision de l'arrivée de la saison des pluies », explique Cyrille Flamant, de l'Institut Pierre-Simon Laplace, responsable français de la période d'observations intensives prévue à l'été 2006.
© SAFIRE Le Falcon 20 ci-dessus ira aussi en Afrique pour aider à la compréhension de la mousson avec l'instrument Rali dédié à l'étude des nuages.
le nord et, une fois au-dessus du continent, se transforme en systèmes orageux dits lignes de grain (du fait de leur structure frontale linéaire). Ces systèmes se déplacent d'est en ouest, arrosant toute la région avant d'arriver sur l'Atlantique, où ils se transforment parfois en cyclones. Mais pourquoi ces dernières années la mousson faiblit-elle ? Quelles interactions entretient-elle avec le climat mondial ?
Voilà quelques grandes questions que les climatologues se posent et pour lesquelles les prochaines campagnes aéroportées prévues sur quatre mois entre juin et septembre 2006, en tout 150 à 200 heures de vol, devraient apporter des éléments de réponse.
La première campagne sera dédiée – entre autres – à la mesure de la vapeur d'eau atmosphérique. Comment ? Grâce à un lidar embarqué, baptisé Leandre II, un faisceau laser sonde l'atmosphère sans perturber le milieu. La longueur d'onde à laquelle opère le laser est choisie de manière à ce que le faisceau soit partiellement absorbé par la molécule cible. La lumière rétrodiffusée est collectée par un télescope et analysée. Ainsi, les chercheurs peuvent en déduire la répartition de la vapeur d'eau entre l'avion et le sol. La deuxième campagne aura lieu au mois d'août, au plus fort de la mousson. « Là, il s'agit des mesures in situ de chimie atmosphérique : des particules d'oxyde d'azote, l'ozone, le gaz carbonique… explique François Baudin, directeur de la division technique de l'Insu.
© SAFIRE Rali, dédié à l'étude des nuages.
Entre chaque campagne Amma, un aller-retour en France sera obligatoire. En effet, il est nécessaire de tout démonter et de changer de matériel et d'équipe. C'est Safire qui prend tout en charge : pour chaque campagne, deux pilotes, un accompagnateur et trois scientifiques se retrouvent à bord de l'appareil pour pouvoir à tout moment réparer une panne ou gérer un imprévu… « Pour nous c'est une aubaine de pouvoir utiliser ces avions de recherche afin d'effectuer le plus de mesures possible, continue Cyrille Flamant. Car nos objectifs de travail sont ambitieux. Il s'agit d'abord de comprendre les mécanismes physiques fondamentaux de la mousson à des échelles de temps allant de l'heure à la décennie en vue d'améliorer les prévisions d'arrivée de la saison des pluies sur le continent. Puis de confronter les données avec les études d'impact sur le terrain (santé, agriculture, gestion des ressources en eau, gestion des risques liés aux crues éclair)… » Bien plus encore, le problème du réchauffement planétaire global est aussi au menu des recherches, car il pourrait bien être la cause de l'affaiblissement de la mousson africaine. Ce que les scientifiques aimeraient bien vérifier. « Nous ne pouvons encore rien affirmer, poursuit cependant le chercheur. D'autant que nous observons des anomalies positives de cumul de précipitations au cours de la période juin-octobre sur le Sahel pour certaines années depuis le milieu des années quatre-vingt-dix. Il est donc encore bien trop tôt pour tirer des conclusions. »
Mais pour l'heure, place aux campagnes aéroportées Amma, avec bien sûr au programme les avions de Safire, mais aussi un Falcon allemand, un Bae 146 britannique et l'avion européen Geophysica, des navires océanographiques, des ballons, satellites et stations au sol… Un arsenal impressionnant, à la mesure de l'urgence, et une première mission ambitieuse pour les avions Safire, qui sera suivie de bien d'autres. En prévision, des missions de validation, de reconnaissance et de mesure, notamment pour le satellite Calipso, ou pour le compte du Cnes et de la Nasa. Bref, un carnet de campagne déjà bien rempli !
Azar Khalatbari
> Nicole Papineau
Insu, Paris
nicole.papineau@cnrs-dir.fr
> François Baudin
Insu, Paris
baudin@dt.insu.cnrs.fr
> Cyrille Flamant
Service d'aéronomie, Verrières-le-Buisson
cyrille.flamant@aero.jussieu.fr