Alors que beaucoup se contentent d’observer l’éclat du tonnerre et les éclairs à la surface de la Terre, il se passe bien d’autres choses dans la haute atmosphère, invisibles depuis le sol. Des feux d’artifice électriques aux couleurs vives explosent à des altitudes atteignant jusqu’à 90 kilomètres, un phénomène réservé aux astronautes orbitant sur l’ISS.
Ces spectacles éphémères – jets bleus, sprites rouges, halos violets et anneaux ultraviolets – sont surnommés événements lumineux transitoires (ELT). Pendant des décennies, ils ont échappé à l’étude systématique, se manifestant seulement dans des anecdotes de pilotes et des photographies prises par chance.
L’ISS a changé la donne en offrant une vue dégagée au-dessus des tempêtes, où des caméras et capteurs spécialisés capturent chaque étincelle fugace.
Au fil des découvertes, les chercheurs réalisent que ce qui se déroule dans cette couche dissimulée peut perturber les transmissions radio, affecter la sécurité aérienne et même modifier la chimie de la haute atmosphère.
Un laboratoire des orages fixé à l’ISS
Le cœur de cette mission d’observation est le moniteur Atmosphère-Interactions Spatiales (ASIM), développé par l’Agence spatiale européenne, qui est installé sur une plateforme externe de l’ISS depuis 2018. Sa mission : observer la Terre et enregistrer des éclairs plus petits qu’un ongle et plus courts qu’un battement de cœur.
Les caméras haute vitesse et les photomètres de l’appareil ont déjà fourni plus de données que ce qu’espéraient les scientifiques. Les informations indiquent que certains décharges similaires à des éclairs au sommet d’un nuage d’orage peuvent injecter de l’énergie électromagnétique dans l’ionosphère et provoquer un vaste anneau de lumière ultraviolette appelé ELVES.
Ces anneaux peuvent augmenter la charge ionosphérique sur des centaines de kilomètres, perturbant potentiellement les signaux radio long-courriers.
Le phénomène étrange des « sprites rouges »
Un phénomène mystérieux connu sous le nom de « sprites rouges » apparaît aléatoirement dans la mésosphère, flottant comme des méduses à l’envers pendant une dizaine de millisecondes. Les jets bleus jaillissent des sommets nuageux vers la stratosphère avec une urgence silencieuse.
Ces deux événements se produisent si rapidement et si haut que capturer leurs détails était presque impossible. Pourtant, ASIM est capable de les observer depuis l’orbite.
Une étude a utilisé ses images et des instruments au sol pour déterminer l’altitude d’un seul jet bleu, confirmant ainsi que ces décharges montantes dépassent véritablement la couche atmosphérique que nous connaissons.
L’équipage de l’ISS capture des sprites rouges depuis l’orbite
La coupole de l’ISS – le dôme d’observation à sept fenêtres souvent présent dans les selfies des astronautes – est désormais intégrée aux outils scientifiques. Grâce à l’expérience Thor-Davis de l’ESA, les membres de l’équipage de l’ISS fixent une caméra de pointe derrière le verre, capturant des tempêtes éloignées à une vitesse pouvant atteindre cent mille images par seconde.
Les films au ralenti qui en résultent révèlent des filaments électriques se développant d’une manière que les manuels ne prédisaient pas. Cette capture détaillée de la ramification instantanée des éclairs aide les scientifiques à valider les tests de plasma en laboratoire en les confrontant aux événements réels.
Capturer les impulsions de foudre invisibles
Les tempêtes d’éclairs ne se limitent pas au spectre de couleur visible. Certaines décharges déclenchent des flashes gamma terrestres, des impulsions de radiation suffisamment énergétiques pour exposer un aéronef à une brève montée semblable à une radiographie thoracique.
Pour cartographier ces dangers invisibles, l’Agence d’exploration aérospatiale japonaise a collaboré avec des universités pour lancer Light-1 depuis l’ISS. Bien qu’il ne fasse pas plus gros qu’une miche de pain, le CubeSat est équipé de détecteurs ultra-sensibles aux photons à haute énergie.
Alors que Light-1 enregistre des éclairs au-dessus des systèmes orageux équatoriaux, les chercheurs envisagent de synchroniser ses horodatages avec des réseaux d’éclairs à l’échelle mondiale. Au fil du temps, cela contribuera à créer un atlas tridimensionnel des éclairs gamma.
Les tempêtes perturbent les signaux
À première vue, un sprite rouge ou un anneau ELVES pourrait sembler n’être qu’une curiosité météorologique – un cousin des aurores à haute altitude. Pourtant, ces éclairs se produisent dans les mêmes couches chargées qui transportent les ondes radio. Perturber ces couches peut entraîner une défaillance des communications.
Pour les compagnies aériennes, comprendre quand et où apparaissent les jets bleus ou les flashes gamma ajoute une couche de sécurité sur les itinéraires polaires ou équatoriaux. Les scientifiques s’intéressent également au climat. Les ELT et les décharges coronales redistribuent des oxydes d’azote et d’autres substances chimiques entre les strates atmosphériques, modifiant la chimie de l’ozone et l’équilibre radiatif.
Les détecteurs de foudre se modernisent
Avec l’ISS qui devrait rester opérationnelle durant toute la décennie, ASIM et ses successeurs continueront de constituer une bibliothèque d’événements orageux autrefois invisibles. Les ingénieurs imaginent des détecteurs de nouvelle génération pouvant se déclencher automatiquement et enregistrer à des vitesses plus élevées, tout en couvrant un spectre plus large allant de la radio aux rayons X durs. Des CubeSats comme Light-1 pourraient se multiplier en une flotte, fournissant des alertes en temps réel aux agences météorologiques chaque fois qu’un flash gamma ou un méga-sprite se produit.
En fin de compte, la station spatiale nous démontre que pour comprendre la météo terrestre, il faut parfois scruter depuis les hauteurs. Chaque orbite ajoute encore quelques images au film caché de la foudre, nous rapprochant d’une meilleure prévision – et peut-être d’une atténuation – des surprises électriques que les tempêtes envoient vers l’espace.
Points à retenir
- Les événements lumineux transitoires (ELT) sont observés à des altitudes considérables, et leur étude est facilitée par l’ISS.
- Le moniteur ASIM a permis de capturer des données inattendues sur l’interaction des éclairs et l’ionosphère.
- Les jets bleus et les sprites rouges sont des phénomènes rares et éphémères, difficilement capturables.
- L’ISS joue un rôle clé dans l’amélioration des modèles de sécurité pour l’aviation face aux phénomènes électriques.
- Les nouvelles technologies de détection pourraient transformer notre compréhension des tempêtes et des dangers invisibles associés.
Il est fascinant de penser que, bien que nous observions souvent uniquement la surface de notre planète, les véritables dynamiques de l’atmosphère se déroulent à des hauteurs que la plupart d’entre nous ne peut même pas imaginer. En discutant de ces événements, nous devons nous interroger : jusqu’où notre science peut-elle aller pour anticiper et comprendre les caprices de la nature ? Voilà le défi passionnant auquel nous sommes confrontés.