L’hydronaute

L’hydronaute offre la possibilité de découvrir, comprendre et se représenter à partir des mesures spatiales, l’état de l’Océan en tout point du globe : hauteur, température, agitation, et évolution dans le temps.

Pour cela, il utilise les observations spatiales réalisées à partir des différents satellites ou instruments d’étude des océans en orbite autour de la Terre : les satellites franco-américains Topex-Poséidon et Jason, le satellite européen ERS1, l’instrument franco-japonais Polder. Pour certains paramètres, ces informations ont été complétées par des mesures réalisées in situ, notamment pour le relief des fonds sous-marins ou la température de surface. Enfin, le suivi des animaux migrateurs est effectué par le système Argos.

L’interaction avec la plate-forme se fait par l’intermédiaire d’un écran tactile et d’un joystick qui permettent de sélectionner une commande et de se déplacer soit autour de la Terre (à la manière d’un satellite) soit dans les profondeurs océaniques (à la manière d’un sous-marin)

L’altimètre Topex-Poséidon

Satellite d’océanographie, il a été lancé le 10 août 1992 par Ariane 4 avec pour objectifs de comprendre la circulation océanographique à grande échelle et d’améliorer ainsi la connaissance du rôle de l’océan sur l’environnement terrestre et le climat.

Issu d’un partenariat entre la Nasa et le Cnes, il y avait à bord deux radars altimètres et différents systèmes de localisation précise. Placé à 1 336 km d’altitude, il a été utilisé jusqu’en 2006 et fournissait tous les dix jours la topographie mondiale des océans avec une précision inégalée, de l’ordre de 2 cm. A partir de décembre 2001, il a fonctionné en tandem avec un autre satellite altimétrique, Jason 1.

L’altimètre est un radar qui émet des ondes dont il enregistre ensuite le signal de retour, ce qui permet de mesurer au centimètre près les inégalités de surface. Un traitement informatique transforme ensuite les données numériques en images de synthèse dans lesquelles les mesures sont représentées en usant d’un code de couleurs.

Nacelle de ballon stratosphérique

Jusque dans les années 1980, les mesures d’ozone sont réalisées depuis le sol grâce aux instruments Dobson, répartis principalement dans l’hémisphère Nord. Après la découverte du « trou d’ozone » en 1985 au-dessus de l’Antarctiquen de nouveaux spectromètres SAOZ (Système d’analyse par observation zénithale) sont développés pour l’étude de la stratosphère polaire.

Ces instruments, entièrement automatisés et effectuant des mesures dans le domaine visible, permettent de suivre la colonne d’ozone tout au long de l’année même lorsque les instruments classiques (mesurant dans l’ultraviolet) deviennent aveugles.

Afin d’étudier la destruction de l’ozone et la chimie du chlore, du brome et de l’iode en fonction de l’altitude, une nacelle SAOZ Ballon a été créée, portant un spectromètre SAOZ UV-Visible. Pilotée par un calculateur de bord, cette nacelle comporte également une mesure de pression et de température, une localisation par GPS et un émetteur Argos pour sa récupération au sol après descente sous parachute. Pesant 20 kg, la nacelle est conçue pour des vols fréquents et peu coûteux sous des ballons de 5 000 et 10 000 m 3 mis au point par le Cnes. Plus de 125 vols ont été effectués depuis 1991. Une version de longue durée dérivée de la même nacelle a volé sous des montgolfières infrarouges (MIR) durant les périodes allant d’une semaine à un mois en Arctique et autour du globe au niveau des tropiques.

Montgolfière infrarouge avec nacelle (maquette au 1/40) La montgolfière infrarouge (MIR) a été mise au point par le CNES en 1977 pour les vols scientifiques de longue durée dans la stratosphère. D’un volume de 35 000 à 45 000 m3, munie d’une couverture aluminisée, l’enveloppe de la MIR est réchauffée uniquement par la chaleur du Soleil durant le jour et par le rayonnement infrarouge émis par la Terre durant la nuit. La MIR est capable d’emporter une charge utile de 60 kg. Elle vole de jour à une altitude de 28 à 32 km et de nuit entre 18 et 22 km. Sa trajectoire suit la circulation des vents stratosphériques. Autonome pendant plusieurs semaines, elle est largement utilisée pour l’étude de l’ozone dans les zones polaires par des sondages verticaux dans la stratosphère.

Ballon pressurisé de couche limite BPCL

Les ballons sont des véhicules « spatiaux » originaux, adaptés à l’étude de l’atmosphère. Les ballons dérivants tel que les BPCL ont la spécificité non seulement de fournir des mesures in situ, mais aussi d’être capables de suivre le mouvement des masses d’air sur de longues distances et à des altitudes variés : ce sont des capteurs et des traceurs. Ils sont ainsi très complémentaires de la télédétection spatiale et des autres moyens d’observation. L’information sur le suivi des masses d’air est précieuse pour de nombreuses applications, notamment dans le domaine de la pollution, de la chimie atmosphérique et de leur impact sur le climat.

La mise en surpression de ces ballons assure un volume constant qui les maintient à un niveau à peu près constant durant le vol, suivant le principe d’Archimède. Leur enveloppe est un film multicouche de polyester et polyamide (ou Nylon). Ces ballons relativement petits (2,5 m de diamètre), légers (entre 9 et 10 kg), gonflés à l’hélium ont une durée de vie qui peut aller jusqu’à trois semaines. Ils peuvent parcourir de longues distances (entre 500 et 1000 km par jour, suivant la force du vent) et sont localisés en permanence par GPS. Les mesures de position, température, humidité et pression sont transmises régulièrement via le système satellitaire Argos.

Instrument Hyperboloïd du satellite Interball

Les deux missions Interball 1 (1995) et Interball 2 (1996) ont regroupé les efforts d’une large communauté internationale afin d’étudier l’interaction entre la magnosphère et le vent solaire. Chaque mission était composée de deux satellites. Lors de la mission Interball 2, le couple Auroral Probe et Magion 5 a suivi une orbite polaire, survolant successivement les pôles Nord et Sud pour observer la magnétopause (frontière du champ magnétique terrestre et du milieu interplanétaire) au niveau des cornets magnétiques, zones de précipitation des atomes solaires a l’origine des aurores.

Hyperboloïd est un instrument de l’Auroral Probe : il s’agit d’un spectromètre multidirectionnel permettant d’obtenir la distribution en énergie des espèces majeures d’ions : hydrogène, hélium et oxygène. Les données cumulées sur l’ensemble de la mission ont permis d’obtenir les caractéristiques physiques des différentes zones traversées (ionosphère, champ magnétique terrestre, vent solaire) et d’en vulgariser les mouvements et les interactions.

Pointe de fusée-sonde Dragon

Six ans après l’Année géophysique internationale (1957-1958), la communauté scientifique reprend les mêmes études en profitant d’une activité solaire ralentie : c’est l’Année internationale du Soleil calme (AISC) en 1963-1964. La France décide d’envoyer des fusées-sondes dans l’ionosphère depuis l’Islande et la Norvège. Seuls ces engins permettent d’atteindre cette zone de l’atmosphère trop haute pour les avions ou les ballons et trop basse pour les satellites. Cette fusée Dragon de deux étages à propulsion à poudre est construite par Sud-Aviation. Elle est lancée en janvier 1967 depuis la terre Adélie et atteint 340 km d’altitude. C’est dans la pointe de la fusée que se trouvent les détecteurs qui collectent des mesures pendant la trajectoire ascendante et descendante de la fusée et qui les transmettent par radio.

La campagne comportera quatre lancements de fusées Dragon avec comme objectif scientifique l’étude des anomalies magnétiques et électriques de l’ionosphère au voisinage du pôle. Les difficultés liées aux préparatifs des lancements sont considérables car il faut acheminer à des milliers de kilomètres de la métropole les 600 t de matériel nécessaires à la campagne de tir. Durant celle-ci, des couvertures chauffantes sont installées sur les pains de poudre pour les empêcher de geler et de se fendre, ce qui provoquerait une explosion en plein vol.