CloudSat : pour voir les nuages en 3D

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Convair 580

Convair 580 (Source : Conseil national de recherches Canada)

Image de CloudSat

CloudSat (Source: NASA)

Un satellite scientifique pris en filature

Le Programme de validation au sol de CloudSat - Le 28 novembre 2007

Les Canadiens ont toujours été fascinés par le froid, surtout en raison de ces hivers imprévisibles qui caractérisent le pays et qui sont marqués par des conditions variées allant de la neige mouillée à la pluie verglaçante. Les nuages d'hiver constitués d'un mélange de glace et de gouttelettes d'eau recèlent des mystères tout à fait particuliers. Les scientifiques cherchent à mieux comprendre la physique de ce mélange et les conditions météorologiques qui en résultent.

Jusqu'à la venue de CloudSat, les satellites d'étude de l'atmosphère arrivaient à bien représenter la surface des nuages, mais donnaient seulement une représentation en 2D de la couverture nuageuse. Les données sur l'épaisseur - qui aideraient à déterminer le volume des nuages et la quantité d'eau, de neige ou de glace qu'ils contiennent - sont inexistantes. CloudSat recueillera de nouvelles données susceptibles d'améliorer nos connaissances sur les nuages et le rôle de ceux-ci dans le climat. Ce satellite a été mis au point par la NASA en partenariat avec l'Agence spatiale canadienne.

Pourquoi les nuages?

Les nuages influent sur la quantité d'énergie solaire retenue dans l'atmosphère ou réfléchie dans l'espace. Un infime changement dans la couverture nuageuse peut fortement modifier le climat. Selon certains scientifiques, les nuages auraient même une incidence plus grande que les gaz à effet de serre et les autres facteurs liés aux changements climatiques.

Nuages (Source : NASA)

La mission de CloudSat

Cette animation montre comment CloudSat réalisera sa mission. (Source : NASA)

CloudSat effectuera la toute première étude globale et tridimensionnelle des nuages. Il recueillera des données sur leur structure, leur fréquence ainsi que leur volume et il contribuera à améliorer notre compréhension de leur influence sur la météo. Pour ce faire, CloudSat utilisera un dispositif radar hyperfréquence qui sondera la couverture nuageuse et il compilera des renseignements sur l'épaisseur de celle-ci, sur les altitudes à la base et au sommet des nuages de même que sur la quantité d'eau et de glace qu'ils contiennent.

CloudSat analysera également la façon dont la lumière est absorbée par les différentes couches de l'atmosphère. Un des phénomènes étudiés sera l'influence des aérosols présents dans l'atmosphère sur ce processus d'absorption. Les scientifiques étofferont en outre leurs connaissances sur la répartition de l'énergie rayonnante (le rayonnement émis par le Soleil et la Terre) entre la surface de la Terre et l'atmosphère.

Enfin, CloudSat permettra d'améliorer et de valider les données recueillies par d'autres satellites d'étude de l'atmosphère et des nuages.

Une constellation de satellites

La constellation A-Train. (Source : NASA)

CloudSat se distingue par le fait qu'il fera partie d'une constellation de satellites de recherche scientifique. Cette constellation, appelée A-Train, comprend les satellites Aqua, Aura (les deux antécédent sont disponibles en anglais seulement) et PARASOL, qui sillonnent déjà le ciel, CALIPSO, qui sera lancé en même temps que CloudSat à bord d'une fusée Delta, et OCO, qui viendra compléter la formation en 2008.

CALIPSO est une mission conjointe des États-Unis et de la France. L'engin spatial amassera des informations sur l'influence des nuages minces et transparents et des aérosols sur le transfert de l'énergie solaire dans l'atmosphère. Le satellite Aqua, quant à lui, transporte de nombreux instruments servant à recueillir des données sur l'atmosphère terrestre. Une fois tous les satellites lancés, il sera celui à la tête de la formation.

Aura, qui occupera la position de queue de la formation, réalise une étude sur la qualité de l'air, sur la couche d'ozone et sur le changement climatique. Et finalement, PARASOL effectue une recherche sur la diffusion de la lumière par les nuages et les aérosols présents dans l'atmosphère. Cette mission menée par la France a notamment pour objectif de mieux comprendre l'impact de l'activité humaine sur le réchauffement de la planète.

Le Canada au cœur de l'action

Toile de CloudSat

Cette toile représentant CloudSat a été peinte par le chercheur principal de la mission. (Source : Graeme Stephens)

Image de nuages au-dessus de l'océan Indien

Nuages au-dessus de l'océan Indien. (Source : NASA)

Image de CloudSat

CloudSat en orbite. (Source : NASA)

En 1998, afin de mettre à contribution le savoir-faire unique du Canada en matière de radars spatiaux, la NASA (anglais seulement) a invité l'Agence spatiale canadienne à participer à la mission CloudSat.

Cette dernière a donc lancé un appel d'offres et s'est associée aux entreprises ontariennes CPI, de Georgetown, et COM DEV, de Cambridge, pour cette mission. Ces deux chefs de file de l'industrie spatiale ont mis au point un élément-clé du radar profileur de nuages, soit les klystrons à interaction élargie (EIK) ainsi que l'élément central du récepteur électronique (RFES). Un klystron est un tube électronique spécialisé semblable à ceux utilisés dans la fabrication des fours à micro-ondes. Il émettra des ondes radar dont CloudSat se servira pour sonder la structure verticale des nuages.

L'Agence spatiale canadienne fournira également un appui aux recherches scientifiques canadiennes liées à la mission. L'équipe américaine bénéficiera de l'apport de David Hudak, de Ron Stewart et d'Howard Barker, du Service météorologique du Canada. Jean-Pierre Blanchet, de l'Université du Québec à Montréal, fait aussi partie de l'équipe de recherche de la mission CloudSat. Ensemble, ils apportent leurs connaissances dans une variété de disciplines allant de la science fondamentale à l'amélioration des algorithmes informatiques et à la validation des données.

Du côté des États-Unis, le chercheur principal responsable de la mission de CloudSat est Graeme Stephens de la Colorado State University (anglais seulement). L'entreprise Ball Aerospace est chargée de la construction de la plateforme du satellite.

Une mission aux bénéfices multiples

La coopération avec les autres agences spatiales, les gouvernements et les scientifiques fait partie du mandat de l'Agence spatiale canadienne qui consiste à renforcer le rôle du Canada sur la scène spatiale internationale. L'utilisation de la technologie spatiale canadienne favorise l'avancement des connaissances sur le climat et améliore de ce fait la capacité de la communauté scientifique à prévoir plus efficacement les conditions météorologiques et les changements climatiques.

Les investissements du Canada dans le programme CloudSat stimulent également la conception et le développement d'applications dans les domaines de la télédétection et des télécommunications.

Pour en savoir plus :