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Taranis, un satellite pour comprendre les éclairs inversés

Lancé probablement en 2015, le satellite Taranis étudiera les transferts impulsifs d'énergie entre l'atmosphère et l'environnement spatial de la Terre. La mission vient d'être validée par le Cnes et son investigateur principal, Jean-Louis Pinçon, explique ces curieux phénomènes à Futura-Sciences.

La combinaison des données fournies par Taranis avec celles obtenues lors de campagnes de ballons au voisinage des zones de production et celles fournies par les réseaux d'observations au sol, fournira une masse d'informations sans précédent sur les TLE et TGF et devrait faire considérablement progresser qualitativement et quantitativement notre compréhension de ces phénomènes. © Cnes La combinaison des données fournies par Taranis avec celles obtenues lors de campagnes de ballons au voisinage des zones de production et celles fournies par les réseaux d'observations au sol, fournira une masse d'informations sans précédent sur les TLE et TGF et devrait faire considérablement progresser qualitativement et quantitativement notre compréhension de ces phénomènes. © Cnes

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Les éclairs inversés, localisés au-dessus des zones orageuses actives, ont été découverts au début des années 1990 et sont classés en deux catégories, les TLE (Transient Luminous Events) et les TGF (Terrestrial Gamma ray Flashes). Les scientifiques savent encore peu de choses sur l'origine de ces phénomènes, qui semblent générés par les 50 à 100 éclairs produits chaque seconde par les quelque deux mille orages actifs dans le monde. Pour y voir plus clair, de nombreux projets sont à l’étude, dont des expériences à installer sur l’ISS ou des satellites comme Taranis qui apparaît comme la mission la plus ambitieuse. Pour la première fois, en effet « TLE, TGF et éclairs seront observés directement et simultanément au-dessus des orages », nous explique Jean-Louis Pinçon (L2PCE, CNRS/Insu et université d'Orléans), principal instigateur de cette mission. 

Avec Taranis, l’idée est d’envoyer un satellite équipé d'instruments spécifiquement dédiés à leur étude et positionné sur une orbite quasi-héliosynchrone à 700 km d’altitude pour « optimiser le rapport nuit sur jour », car les TLE sont plus facilement observables de nuit. Ce microsatellite de 185 kilogrammes de la filière Myriade du Cnes embarquera 7 instruments dirigés vers la Terre pour « prendre des images de ces phénomènes, mesurer les champs électrique et magnétique et détecter les émissions X et gamma ainsi que les faisceaux d’électrons énergétiques ».

Cette mission a pour objectif de :

  • caractériser des régions sources des TLE et TGF ;
  • mettre en évidence les conditions environnementales déclenchant ces phénomènes ;
  • identifier les mécanismes de génération ;
  • quantifier les effets des TLE et TGF sur le couplage Haute-atmosphère-ionosphère ;
  • étudier le lien éventuel entre les TLE et TGF.

Des phénomènes largement inconnus

Sous le terme de TLE, « on regroupe une multitude de phénomènes différents comme les elves, les halos, les blue jets, les giant jets et les sprites, ces derniers étant les plus connus et les plus étudiés ». Les modèles basés sur le champ électrique quasi-statique pouvant exister au-dessus des nuages d'orage après certains types d'éclairs permettent en gros d'expliquer « leurs principales caractéristiques optiques ».

Il n'en reste pas moins « qu'un nombre significatif d'observations sont en contradiction avec ces modèles (caractéristique de l'éclair parent incompatible, écart en position ou temps de l'éclair parent inexplicable, structures fines du phénomène, etc) ». Bref, les modèles de TLE existants sont encore loin d'expliquer toutes les caractéristiques de ces phénomènes.

Pour les TGF « la situation est encore plus confuse ». Il n'existe pas actuellement de modèle vraiment consistant avec les observations. La corrélation supposée avec les éclairs d'orages « n'a toujours pas été établie », le mécanisme de génération et l'altitude de production « restent des sujets de discussion ». « La réalité c'est qu'on ne connaît en fait pas grand-chose sur les TGF ».

La raison de cette situation vient de ce que, jusqu'à présent, les observations sont faites par des détecteurs gamma à bord de satellites dédiés à l'astrophysique et la physique solaire. Or, « ces instruments ne sont pas adaptés à l’étude des TGF » et c'est déjà un bel exploit qu'ils aient été capables de les détecter. Cette situation est d'autant plus perturbante que les derniers résultats obtenus par le satellite Fermi-GBM de la Nasa montrent que les TGF « sont au moins 10 fois plus fréquents que ce que l'on pensait jusqu'à présent ». 


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