Météorologie

Observer les éclairs pour améliorer la prévision des orages

Des scientifiques ont observé la formation des éclairs en volant au cœur des nuages d’orage à bord d’un avion Falcon 20 transformé en laboratoire. Il est important de mieux connaître et prévoir les orages, car ils devraient être plus violents à l’avenir

C’est une campagne d’observations et de mesures inédite en Europe. Des ingénieurs et des scientifiques de Météo France et du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) ont observé la formation des éclairs à bord d’un avion Falcon 20 transformé en laboratoire volant. Ces vols au cœur des nuages d’orage au-dessus de la Corse s’inscrivent dans le projet Exaedre (Exploitation de nouvelles observations en électricité atmosphérique pour la recherche et l’environnement), premier projet scientifique européen consacré à l’étude des éclairs, démarré en 2016. La campagne, qui devait durer jusqu’au 13 octobre, a été interrompue plus tôt que prévu, l’avion ayant été frappé… par la foudre.

A l’heure actuelle, de nombreuses questions demeurent en suspens: comment un éclair se déclenche-t-il? Qu’est-ce qui est à l’origine de ce déclenchement? Comment le champ électrique est-il constitué? «L’éclair est un phénomène mal compris, dit Eric Defer, chercheur au Laboratoire d’aérologie de Toulouse et responsable du projet. Nous voulons connaître l’origine de son déclenchement et savoir comment le champ électrique est constitué dans un nuage.»

Orages plus rares mais plus violents

L’objectif est de comparer les processus à l’œuvre lors d’un orage avec les outils de simulation de prévision météo que les scientifiques ont mis au point. Ils espèrent ainsi valider un modèle type de nuage orageux. «Nous voulons établir des liens assez solides entre les nuages et l’activité électrique, précise Eric Defer, pour ensuite développer des outils de suivi de ces orages et améliorer les prévisions.» Si, aujourd’hui, on peut savoir 48 heures à l’avance qu’un orage se produira dans une région avec environ 80% de certitude, on est en revanche incapable de savoir où précisément.

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Les prévisionnistes météo disposent d’images satellites météorologiques ou de radars qui donnent des informations sur les précipitations, mais les orages restent difficiles à prévoir. «Ce que nous voulons, c’est arriver à les prévoir dans un délai d’une heure, et pas quinze minutes comme c’est le cas aujourd’hui.» Une information capitale «car nous pensons que dans le futur les orages seront plus rares mais plus violents avec davantage d’activité électrique».

Echange de charges électriques

L’avion emportait avec lui une quinzaine d’instruments, dont les «moulins à champs» de l’Office national d’études et de recherches aérospatiales (Onera) qui ont mesuré le champ électrique au sein du nuage d’orage. Ces huit capteurs situés sur le fuselage et sous les ailes du Falcon permettent d’analyser le champ électrostatique et ainsi de détecter la présence d’un nuage chargé en électricité. En effet, quand le cumulonimbus – ce gros nuage d’orage qui mesure 10 km à sa base et 40 km à son sommet – se forme, les charges négatives s’accumulent en bas et les positives en haut. Il y a alors un échange de charges électriques entre les cristaux de glace au sommet et les gouttes d’eau au-dessous. Ce sont les rencontres entre ces différentes charges qui déclenchent les éclairs.

Les scientifiques étudient leur évolution dans le nuage selon l’altitude et la force de la convection atmosphérique (les flux verticaux d’air chaud et froid). Ils veulent savoir si l’on peut relier le rythme des éclairs – jusqu’à trente par minute dans un orage important – avec le niveau des précipitations et s’il y a une corrélation entre les éclairs et la grêle. Seulement 10% des éclairs se propagent vers le sol pour donner de la foudre avec une intensité inouïe mais très brève, 90% restent dans le nuage.

Missions spatiales

D’autres instruments situés au sol, dont les douze stations de détection des éclairs en trois dimensions du réseau Saetta (Suivi de l’activité électrique tridimensionnelle totale de l’atmosphère), étaient déployés en Corse. Leurs informations ont été utilisées en temps réel pour guider l’avion, dont le radar peut être brouillé par la violence des orages. Les connaissances et les méthodologies développées pendant ce projet seront transférées vers l’observation spatiale. Deux missions européennes destinées à l’étude des orages doivent être prochainement lancées.

Taranis, le premier satellite dédié à l’observation des phénomènes lumineux qui se produisent entre 20 km et 100 km au-dessus des nuages, sera lancé en 2019. En 2021, le satellite Météosat troisième génération, qui sera pourvu d’un détecteur d’éclairs, sera placé en orbite géostationnaire. D’un montant de 4,5 millions d’euros, Exaedre est financé par de nombreux organismes dont l’Agence nationale de la recherche (ANR), le Centre national d’études spatiales (CNES), le CNRS et Météo France.

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