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STRATEOLE 2

Première campagne scientifique Stratéole-2

Deux ans après la première campagne dont la vocation était essentiellement technologique, le projet Stratéole-2, initié par le LMD-IPSL, organise sa première grande campagne scientifique cet automne.

Date début 10/10/2021
Date fin 20/12/2021
Lieu Seychelles

Vingt ballons pressurisés, capables de dériver plusieurs mois à 18 et 20 km d’altitude, seront lâchés depuis l’aéroport international des Seychelles à partir de mi-octobre et jusque début décembre. En effectuant leur trajet tout autour de la Terre, ils permettront notamment de mieux appréhender la complexité des processus physiques et dynamiques contribuant au transport de la vapeur d’eau entre la troposphère et la stratosphère, ainsi qu’à la génération de l’oscillation quasi-biennale dans la stratosphère équatoriale.

Une dizaine d’équipes scientifiques, provenant de laboratoires français et américains, participeront à la campagne. Ces équipes ont développés les différents instruments embarqués dans la nacelle charge utile Zéphyr, spécialement conçue pour le projet. Ces instruments couvrent un large spectre de thématiques et de technologies : des mesures météorologiques in-situ à haute résolution temporelle jusqu’à la radio-occultation GPS, en passant par la mesure de plusieurs gaz à effet de serre par spectroscopie infra-rouge ou la mesure des cirrus ultra-fins à la tropopause tropicale par lidar. Certains instruments seront même déployés au cours des vols jusqu’à 2 km sous le ballon pour sonder directement l’interface entre la troposphère et la stratosphère.

Le lâcher des ballons, ainsi que leur suivi jusqu’à la fin des vols prévue au printemps 2022, sera à la charge des équipes du CNES, expertes dans le développement et la mise en œuvre de ces ballons uniques au monde.

 

Partenaires

En France

Centre national d’études spatiales

Centre national de recherches météorologiques

Division Technique de l’INSU

Groupe de spectrométrie moléculaire et atmosphérique

Institut national de sciences de l’univers

Institut Pierre-Simon Laplace

Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales

Laboratoire de météorologie dynamique

Laboratoire de physique et de chimie de l’environnement et de l’espace

A l’international

Earth System Research Laboratory

Laboratory for Atmospheric and Space Physics

National Science Foundation

NorthWest Research Associates
Scripps Institution of Oceanography

 

Suivez l’aventure Stratéole-2 aux Seychelles et tout autour de la Terre sur notre carnet de campagne !  (ici, et sur Facebook et Instagram avec #strateole2)

Semaine 1 (10/10/2021)

Après deux années mouvementées et une préparation de la campagne menée en dépit des épisodes de confinement, nous sommes de retour sur l’aéroport des Seychelles pour la première campagne scientifique Stratéole-2. La pluie, abondante en 2019, se fait cette année très discrète : les eaux chaudes qui favorisent la convection sont cette fois-ci situées dans la partie Est de l’Océan Indien. Il y a deux ans, elles baignaient les Seychelles, générant précipitations et même des cyclones dans l’Ouest du bassin. Cette oscillation porte un nom : le dipôle de l’Océan Indien (Indian Ocean Dipole, IOD en anglais), qui nous est donc favorable cette année. Par contre, le vent de sud-ouest est encore fort et risque de limiter les possibilités de lâchers de ballon en ce début de campagne. Peut-être pouvons-nous espérer un ou deux créneaux la semaine prochaine, mais pas plus.

Cette semaine a été consacrée aux intégrations finales des premières nacelles scientifiques. Nous espérons en avoir une prête à saisir le premier créneau météorologique lundi soir, et peut-être deux supplémentaires en fin de semaine prochaine.

Les supports de panneaux solaires qui sont posés sur les nacelles pendant la préparation sur le terrain

 

Les équipes sur place sont maintenant presque au complet. Il est même déjà l’heure pour certains d’entre nous de rentrer en France. Merci à Marc-Antoine, Fabrice et Frédéric pour leur aide précieuse en ce début de campagne.

L’équipe du LATMOS-IPSL en ce début de campagne

 

Une campagne scientifique, c’est avant tout une équipe, des hommes et des femmes, tous impliqués différemment, en amont, pendant et après, et souvent en alternance pendant la campagne.

 

L’équipe Stratéole2, tous organismes confondus, le 15 octobre 2021 – Photo : Stéphanie Venel, CNES

 

Semaine 2 (17/10/2021)

Le vent, qui ne s’est malheureusement pas affaibli cette semaine, ne nous a laissé aucune opportunité pour tenter de lancer notre premier ballon. Nous en avons profité pour finaliser plusieurs nacelles afin d’être prêts la semaine prochaine à saisir toutes les occasions. Celles-ci devraient se présenter à partir du milieu de semaine : le vent de sud-est, caractéristique aux Seychelles de la circulation de la mousson d’été, est en train de disparaître.

Nos lâchers de ballons s’effectueront de l’aéroport international de Mahé : nous travaillons à proximité directe de l’unique piste, sur laquelle se posent et décollent les jets des compagnies desservant les Seychelles. Nous devons donc attendre que l’aéroport ferme pour pouvoir démarrer nos opérations de lâcher. C’est pourquoi nous n’effectuerons, cette année encore, que des lâchers de nuit. Nous bénéficions pour l’instant de quatre nuits par semaine, ce qui pourrait s’avérer juste si la météo devenait capricieuse. Nous espérons cependant pouvoir effectuer deux lâchers par nuit, afin d’exploiter le plus efficacement possible toute fenêtre météorologique.

Giuseppe (Joseph), notre ingénieur mécanicien de la nacelle charge utile Zéphyr, rentre en France ce soir. Bon retour à lui et merci pour tout son travail ici, en campagne, et pendant les premières phases d’intégration, à Meudon et Guyancourt en France.

Finalisation de la nacelle STR1, embarquant notamment le lidar BeCOOL du LATMOS.

 

Vue de la côte nord de l’île de Mahé, l’aéroport est à droite

 

Semaine 3 (24/10/2021) : des hauts, des bas et des hauts

Semaine intense que celle que nous venons de vivre ! Après plusieurs jours d’attente, les éléments s’alignent enfin pour que nous puissions réaliser les premiers vols. Notre prévisionniste météo, Jean-Philippe, prévoit des vents faibles pour mardi soir. Certains d’entre nous sont perplexes, tant le vent a soufflé fort pendant la journée. Mais, au crépuscule, la prévision se réalise parfaitement et, c’est plein de l’excitation et de l’enthousiasme des premiers lâchers que nous rejoignons l’aéroport à 22h30. Nuit parfaite : deux ballons lâchés à quelques heures d’intervalle, des opérations qui se déroulent sans accroc, chaque équipe récitant sa partition sous la lune pleine qui nous éclaire.

Nous recommençons le même double lâcher la nuit suivante, profitant toujours des conditions météo favorables. Là encore, tout se déroule à merveille. La campagne est lancée sur de bons rails.

Gonflage du premier ballon de la campagne… qui ne volera que 30 heures

 

Dernières opérations sur la nacelle scientifique Zéphyr avant son lâcher

 

Cependant, le lendemain matin, nous regardons incrédules les données envoyées par le premier ballon lâché : sans le moindre doute, celles-ci indiquent que le vol s’est terminé sur l’océan et, que l’ensemble de la chaîne de vol est retombé sous parachute. L’incompréhension domine pendant ces première heures : quelle est la cause possible d’un vol si court (30 heures environ) ? Les lâchers sont interrompus jusqu’à nouvel ordre, pendant le temps de l’analyse. Rapidement, des éléments émergent : ce ballon a vécu une histoire un peu compliquée et sa forme sur la table de lâcher laissait soupçonner un défaut de conditionnement, susceptible d’induire une faiblesse de l’enveloppe du ballon. Le problème est donc spécifique à ce ballon et la campagne, un temps en danger par la défaillance du premier ballon, peut donc se poursuivre, à notre grand soulagement !

Plus sereins qu’il y a quelques jours, nous envisageons de reprendre les lâchers au milieu de semaine, le temps que la petite perturbation qui passe actuellement sur les Seychelles s’évacue.

100 enveloppes ont été oblitérées le jour des deux premiers lâchers de ballons – Photo : Stéphanie Venel, CNES

 

Semaine 4 (1/11/2021) : de l’espoir, cela repart !

Nous avons repris les lâchers de ballon cette semaine à partir de mercredi. Auparavant, le vent, trop fort, risquait d’endommager les ballons pendant le gonflage et le lâcher. Un ballon mercredi soir et un autre jeudi soir, les lâchers doubles seront pour la semaine prochaine.

Ces deux ballons emportent des configurations différentes d’instruments. En effet, alors que quatorze instruments sont utilisés pendant la campagne, trois instruments au maximum sont embarqués dans la nacelle « Zéphyr », également appelée nacelle charge utile. La raison principale est que les ballons que nous utilisons ont une capacité d’emport limitée, et la masse dévolue à la nacelle Zéphyr est de 22 kg maximum. En fait, sur ces 22 kg, 12 kg sont réellement affectés aux instruments, soit environ 4 kg par instrument. Les 10 kg restants sont constitués des éléments génériques de la nacelle, ceux que l’on retrouve dans toutes les configurations de vol.

Quels sont ces éléments génériques ?

– la nacelle est constituée d’un caisson en polystyrène de 8 cm d’épaisseur destiné à isoler thermiquement l’intérieur de la nacelle, qui doit rester à une température supérieure à -30°C (pour que les électroniques fonctionnent) de l’air extérieur, dont la température peut atteindre les -80°C.

– la nacelle dispose d’un modem Iridium, élément précieux qui assure la transmission vers le sol de toutes les données collectées par les instruments pendant le vol. Comme nous ne récupérons pas les nacelles à la fin du vol, si nous perdons la communication, nous perdons tout l’intérêt scientifique du vol. Iridium est un système de téléphone par satellite, fonctionnant sur l’ensemble de la Terre, avec un débit assez modeste : 200 octets/seconde, soit 16 Mo/jour !

– l’énergie à bord est fournie par des panneaux solaires, qui rechargent un bloc de batteries. Les batteries sont rechargées tous les jours en fin de journée et se déchargent la nuit. Un travail de conception particulièrement critique, mené par Claire au LMD, a été effectué au début du projet pour dimensionner ce système d’énergie. C’est un équipement développé en collaboration avec le CNES, le MC2, qui gère la charge des batteries et la distribution de l’énergie aux instruments embarqués.

– l’ordinateur de bord, ou OBC, et son logiciel de vol, développé de main de maître par Agustin au LATMOS, est le chef d’orchestre qui fait fonctionner l’ensemble de ces systèmes et communiquer avec les instruments à bord.

– la structure mécanique interne, sur laquelle sont fixés les boîtiers électroniques, doit être aussi légère que possible, tout en assurant le maintien mécanique de tous les éléments de la nacelle. C’est Joseph, de la Division Technique de l’INSU, à Meudon, qui s’est chargé de sa conception et de la fabrication des structures pour toutes les nacelles.

le segment sol, ou centre de contrôle mission Zéphyr, est le moyen informatique (matériel et logiciel) qui permet de communiquer avec les nacelles Zéphyr en temps réel pendant la campagne. Il est utilisé par l’ensemble des scientifiques partenaires du projet pour récupérer les données de leurs instruments, et pour les piloter à distance. Cécile, Karim, Julien,  Vincent, Alexis et de nombreux autres au LATMOS, LMD et à l’IPSL ont apporté leur pierre à cet édifice !

Une nacelle Zéphyr en cours de préparation dans la tente « AIT »

 

Une nacelle Zéphyr prête au lâcher sur le terrain, juste avant le décollage.

 

Photos : sauf mention contraire, toutes les photos sont de Albert Hertzog, LMD-IPSL

 

Pour en savoir plus sur : Stratéole, les ballons stratosphériques