Percer les secrets de la stratosphère grâce à un ballon qui surfe sur différentes couches de vent
Gonflage du ballon manœuvrant Balman, à Kourou, en Guyane, en 2024. ESA-CNES-Arianespace , Fourni par l'auteur Et si les clés de notre climat se trouvaient à plusieurs dizaines de kilomètres au-dessus de nos têtes ? La stratosphère, parfois considérée comme une simple couche de l’atmosphère, a un impact décisif sur nos vies : elle nous protège des rayonnements ultraviolets, elle peut déclencher de grandes vagues de froid polaire et même bouleverser les saisons lorsqu’elle se charge d’aérosols.
La stratosphère est une couche de l’atmosphère située entre 18 et 50 kilomètres d’altitude, au-dessus de la troposphère où se produisent les phénomènes météorologiques courants. Bien que moins dense que l’air au sol, elle reste trop épaisse pour que les satellites y maintiennent une orbite stable. Cette zone joue un rôle majeur dans la protection contre les rayonnements ultraviolets, influence les vagues de froid polaire et peut modifier les saisons en fonction de sa composition en aérosols. Comprendre son fonctionnement est essentiel pour anticiper les changements climatiques. Les scientifiques l’étudient depuis des décennies, mais son accès reste complexe en raison de ses conditions extrêmes.
Les ballons stratosphériques sont des engins légers utilisant un gaz plus léger que l’air, comme l’hélium ou l’hydrogène, pour flotter dans l’atmosphère. Contrairement aux avions ou aux satellites, ils ne nécessitent ni moteur ni propulsion, mais s’appuient sur la poussée d’Archimède. À 18 kilomètres d’altitude, la densité de l’air est divisée par dix par rapport au sol, ce qui permet aux ballons de maintenir une altitude stable pendant des semaines, voire des mois. Leur enveloppe, souvent en polyéthylène, les rend légers et résistants. Ces ballons servent de plateformes scientifiques pour étudier le climat, tester des technologies spatiales ou surveiller l’environnement, à moindre coût que les missions satellitaires.
Les ballons manœuvrants, comme le projet Balman développé par le CNES et l’entreprise Hemeria, représentent une avancée majeure. Leur particularité réside dans leur capacité à modifier leur altitude en cours de vol grâce à une double enveloppe. Une enveloppe interne contient l’hélium, tandis qu’une enveloppe externe permet d’ajouter ou de retirer de l’air pour ajuster la flottabilité. En descendant ou montant, le ballon exploite les vents à différentes altitudes pour naviguer, à la manière d’un voilier utilisant les courants marins. Cette technologie a été testée avec succès en 2024 sur le site du CNES à Aire-sur-l’Adour, puis en Guyane, où les conditions sont idéales pour les essais.
Les ballons stratosphériques modernes existent depuis les années 1950, grâce à l’industrialisation des films de polyéthylène. Dès les années 1960, le CNES a développé des programmes dédiés, contribuant à l’étude de la couche d’ozone dans les années 1980-1990 et à l’observation du climat aujourd’hui. Leur flexibilité permet de concevoir des ballons de 20 à plus de 100 mètres de diamètre, capables d’emporter jusqu’à une tonne d’instruments à 40 kilomètres d’altitude. Des projets comme Loon de Google (2010-2021) ont démontré leur potentiel pour des applications civiles, comme l’accès à Internet dans les zones isolées, avant d’être abandonnés pour des raisons économiques.
Les ballons stratosphériques offrent plusieurs avantages : ils sont peu coûteux, faciles à déployer et capables de séjourner longtemps dans la stratosphère. Leur principale limite réside dans leur incapacité à se propulser activement, les rendant dépendants des vents pour leur trajectoire. Les ballons manœuvrants, en ajustant leur altitude, contournent partiellement cette contrainte. Cependant, leur retour au sol nécessite des mesures de sécurité strictes, notamment pour éviter les survols de zones peuplées. Leur utilisation en Guyane, où le territoire est peu densément peuplé, facilite ces opérations.
Le projet *Balman* du CNES vise à qualifier cette technologie pour des applications scientifiques et opérationnelles. Après les premiers vols d’essai réussis en 2024, les prochaines étapes incluent l’intégration d’un système de parachute en 2026 et la participation à des missions comme *Strateole-2*, prévue pour 2030. Ce projet, mené avec le CNRS, vise à déployer une flotte de ballons longue durée pour observer les échanges entre les couches atmosphériques. À terme, ces ballons manœuvrants pourraient renforcer les capacités européennes en matière de surveillance environnementale et de recherche climatique.
