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Phénomènes stratosphériques : expériences sous ballons

by Isabelle Clarysse - published on

Dans le cadre d’un projet amateur d’étude des phénomènes atmosphériques, des lâchers de ballons sont organisés depuis 2014 grâce à la collaboration deux associations : Méprises du ciel et Nature-Innov-Energies.

Ce projet est développé dans le cadre de l’astronomie amateur, avec pour but d’aider le public à identifier les différents phénomènes lumineux observables dans le ciel nocturne. Ceux-ci peuvent êtres naturels (étoiles, planètes, chute de météorites, foudre...) ou artificiels (avions, satellites, projecteurs...).

Outre l’aspect didactique (étude de la stratosphère : réalisation de vidéos, mesure des paramètres météorologiques : température et pression en fonction de l’altitude et de la position), l’objectif est d’étudier les conditions d’amorçage et de maintien d’un plasma dans la troposphère et la basse stratosphère (jusqu’à 30 km). Le dernier lâcher en date a été réalisé le 31 juillet 2017. Il avait pour objectif de mesurer le niveau de radiations (avec un dosimètre embarqué) en fonction de l’altitude.

L’étude des plasmas formés dans la haute atmosphère et la stratosphère présente un intérêt scientifique (cas des décharges de foudre "inversées" vers la stratosphère comme les "sprites", encore mal connues), mais peut avoir aussi des applications industrielles : foudroiement des aéronefs, arc tracking dans les réseaux embarqués (en zones non pressurisées notamment)...
Une rapide étude bibliographique n’a pas permis de trouver de travaux dédiés à l’étude in situ des arcs artificiels dans la haute atmosphère. Lorsque des expériences sous ballon comportent un dispositif créant une décharge électrique, celui-ci est utilisé comme source lumineuse (étude de l’atmosphère par absorption) mais le plasma créé n’est pas analysé en tant que tel. D’autres travaux se rapportent à des plasmas naturels (foudre, aurores...).

L’’intérêt d’un dispositif permettant de générer un arc électrique est de pouvoir en contrôler les paramètres et le reproduire en laboratoire pour comparaison. En effet l’évolution des conditions de formations d’un arc en fonction de l’altitude dépend non seulement de la pression, mais aussi de l’augmentation du niveau de rayonnement et l’évolution de la composition de l’atmosphère (teneur en vapeur d’eau, ozone, poussière...). A terme, l’objectif du projet serait donc de pouvoir mettre en évidence une différence entre les propriétés du plasma (température, densité électronique...) crée en altitude et celui obtenu au sol avec une pression similaire (en utilisant une chambre à vide). Un lancer de ballon réalisé en 2014 a déjà permis de valider la faisabilité d’un diagnostic spectroscopique simplifiée embarqué pour une décharge alimentée par une batterie autonome.

Ce projet bénéficie du soutien de deux partenaires académiques, l’Université d’Orléans (laboratoire GREMI) et l’Université Paul Sabatier Toulouse III (laboratoire LAPLACE).