Dans une station météorologique isolée du centre des États-Unis, un technicien sort d'un petit hangar en brique et saisit un ballon météo. . Remarquez qu'il ne s'agit pas de n'importe quel ballon de fête d'anniversaire, mais d'une énorme sphère blanche de plus de 1,5 mètre de diamètre. Rempli de plus de 300 pieds cubes (8,5 mètres cubes) d'hélium gazeux, l'énorme ballon tire sur la main du scientifique avec une force d'environ quatre livres.
De l'autre côté, le scientifique saisit une radiosonde, une boîte en carton légère remplie d'instruments scientifiques attachée au fond du ballon. S'avançant dans une clairière vide, il lâche doucement le ballon et la radiosonde.
Alors que le ballon s'éloigne de la Terre, la radiosonde est déjà à l'œuvre, renvoyant les informations atmosphériques aux centres de données.
Après une heure, le ballon est monté à près de 100 000 pieds (30 480 mètres). Il s’agit de la stratosphère, l’avant-dernière couche atmosphérique avant l’espace. En dessous, les caractéristiques de la Terre sont obscurcies par une épaisse couche de nuages. Au-dessus, le ciel bleu est devenu noir foncé. C'est un spectacle magnifique, vu seulement par une poignée d'astronautes et de pilotes d'essai.
Pour le ballon, ces vues imprenables seront ses derniers instants. À mesure que le ballon météo monte plus haut, il se dilate. Cela a peut-être commencé modestement, mais maintenant, à près de 29 kilomètres de hauteur, le ballon a gonflé jusqu'à atteindre la taille d'un camion de déménagement.
Étiré à l'extrême, le mince caoutchouc synthétique du ballon éclate et renvoie la minuscule radiosonde vers la Terre. En quelques secondes, le vent attrape un petit parachute orange et ralentit la descente de l'appareil. Quelques heures plus tard, et à des centaines de kilomètres de son premier décollage, le ballon météo touche le sol.
Chaque jour, des centaines de ces ballons à travers le monde entreprennent ce voyage spectaculaire dans l'espace proche. Plus de 70 ans après que les scientifiques ont envoyé le premier ballon météorologique expérimental, ils restent les bêtes de somme des prévisions météorologiques modernes. Qu'il s'agisse d'un avertissement de tornade ou du bulletin météo au journal télévisé de 18 heures, les ballons météorologiques permettent aux gens au sol de rester à l'écoute du fonctionnement météorologique de la haute atmosphère.
Quel type d’informations un ballon météo collecte-t-il et comment accomplit-il cet exploit ? Lisez la suite pour le découvrir.
Contenu
En 1785, l'aérostier français Jean-Pierre Blanchard décollait de Paris pour une traversée record de la Manche. John Jeffries, un médecin américain connu pour s'être intéressé à l'observation météorologique, était accompagné du voyage. Dans le ciel au-dessus de l’Europe du Nord, Jeffries espérait enregistrer certaines des toutes premières mesures de la haute atmosphère. Cependant, lorsque le ballon a failli s'écraser dans la Manche, Jeffries a été contraint de jeter son équipement par-dessus bord pour alléger la charge.
Aujourd’hui, ce sont les ballons météorologiques qui font l’essentiel du travail à notre place, permettant aux experts de rester au sol en toute sécurité. Aux États-Unis seulement, des ballons météorologiques sont lancés deux fois par jour depuis 92 stations météorologiques. Cela représente un total de 67 160 ballons par an. Dans le monde, plus de 900 stations météorologiques dépendent des lancements quotidiens de ballons météorologiques.
Il est presque impossible de prédire la météo sans connaître les conditions de la haute atmosphère. Le temps est peut-être ensoleillé et calme au niveau de la mer, mais à 18 000 pieds (5 486 mètres), un faible système de tempête pourrait bientôt se transformer en quelque chose de plus dangereux. En envoyant régulièrement des escadrons de ballons pour mesurer les conditions de la haute atmosphère, les météorologues peuvent garder un œil sur les tempêtes qui se préparent.
Il y a un siècle, les scientifiques ne pouvaient prédire la météo qu’à partir de mesures prises au sol. Avec un ensemble de données aussi limité, le mieux que les météorologues puissent faire est de prédire la météo dans quelques heures. Cependant, grâce aux ballons météorologiques, les scientifiques peuvent déterminer les conditions météorologiques plusieurs jours à l'avance.
Cette information ne protège pas seulement les joggeurs de la pluie :elle sauve des vies. Les données météorologiques à haute altitude sont essentielles pour prévoir les catastrophes naturelles imminentes telles que les tornades, les orages ou les crues soudaines. Grâce aux ballons météorologiques, les autorités peuvent envoyer des fournitures et du personnel d'urgence dans une zone touchée quelques heures avant qu'une catastrophe météorologique ne survienne.
Tout comme les modèles réduits de fusées et les avions télécommandés, les ballons météorologiques sont également entrés sur le marché des loisirs. En 2009, Oliver Yeh et Justin Lee, scientifiques du Massachusetts Institute of Technology, ont utilisé un ballon météo, une glacière, un téléphone portable et un appareil photo numérique pour prendre une photo de la Terre à haute altitude pour moins de 150 $.
Bientôt, d’autres amateurs bricolèrent leurs propres caméras spatiales. Bien sûr, Yeh et Lee préviennent que lancer des objets dans la stratosphère peut être dangereux [source :Project Icarus]. S'il n'est pas équipé de parachutes adéquats, un ballon météorologique amateur peut devenir un projectile mortel s'il tombe en zone urbaine. Les ballons pourraient également provoquer une catastrophe en étant aspirés par les réacteurs d’un avion de ligne qui passait. Si vous commencez à construire votre propre projet scientifique à haute altitude, assurez-vous de suivre toutes les précautions appropriées.
Des ballons à haute altitude spécialement conçus sont également fréquemment utilisés par la NASA pour réaliser des expériences dans l'espace proche. Lors d'une pluie de météores, un ballon à haute altitude peut collecter la poussière cosmique émise par le passage des roches spatiales. Des ballons « intelligents » de la taille d'un ballon de plage ont été lancés pour garder un œil sur les conditions météorologiques autour des installations de la NASA avant le lancement d'une fusée [source :Mullins]. La NASA a même envisagé d'envoyer des ballons à haute altitude pour sonder l'atmosphère autour de Mars.
Nous examinerons de plus près les composants d'un ballon météo sur la page suivante.
Vol en montgolfièrePourquoi laisser aux radiosondes le soin de s'amuser ? En juillet 1982, le chauffeur de camion Larry Walters a attaché 42 ballons météorologiques à une chaise de jardin dans le but de quitter Los Angeles, de suivre les courants de vent au-dessus du désert et de se poser en toute sécurité dans les montagnes Rocheuses. Cependant, les ballons avaient plus de puissance de levage que ce que Walters avait prévu, et en quelques minutes, sa chaise de jardin volante avait atteint une hauteur glaciale de 16 000 pieds (4 879 mètres). Heureusement, Walters avait un pistolet à air comprimé à bord et il a pu tirer quelques ballons, descendant en toute sécurité dans une cour de Long Beach, en Californie.
Parfois, un propriétaire américain se réveille et découvre un ballon météo épuisé dans son jardin. C'est un spectacle étrange :des bandes de néoprène en lambeaux, des cordons emmêlés, une goulotte froissée et une petite boîte en carton. Il n'est pas surprenant que les ballons météorologiques soient souvent confondus avec des vaisseaux spatiaux extraterrestres.
L'élément central de l'ensemble est la radiosonde, une boîte en carton de la taille d'une boîte à chaussures contenant trois instruments atmosphériques de base :
La radiosonde dispose également d'un émetteur radio de faible puissance pour relayer les données des trois instruments vers les récepteurs au sol. Une petite batterie alimente la radiosonde.
L'avantage d'une radiosonde est que les scientifiques n'ont pas besoin de récupérer l'appareil pour obtenir des données météorologiques. Dans les années 1920 et 1930, lorsque les météorologues utilisaient des cerfs-volants ou des avions pour mesurer les données météorologiques de la haute atmosphère, les spécialistes devaient attendre que l'avion atterrisse ou que le cerf-volant soit enroulé avant de pouvoir commencer à faire des calculs météorologiques.
Un grand ballon en néoprène, un caoutchouc synthétique, maintient l'ensemble en l'air. Les ballons sont remplis d'hélium ou d'hydrogène selon les préférences de chaque station de lancement. L’hydrogène est moins cher, a une meilleure capacité de levage et peut être facilement extrait de l’eau. Cependant, l'hydrogène est également très inflammable, ce qui a incité de nombreuses stations météorologiques peu explosives à adopter l'hélium à la place.
Au total, un assemblage complet de ballon météo coûte environ quelques centaines de dollars. En revanche, une fusée à haute altitude peut coûter plusieurs centaines de milliers de dollars pour un seul vol. Même un vol en avion à haute altitude peut coûter des milliers de dollars par heure. Le prix relativement bas des ballons météorologiques est ce qui en a fait l'appareil de prédilection pour enregistrer des données météorologiques pendant plus de six décennies.
Rencontres rapprochéesAvec autant de milliers de ballons météorologiques remplissant le ciel, il est inévitable que certains soient confondus avec des vaisseaux spatiaux extraterrestres. Le cas le plus médiatisé s'est produit en juillet 1947, lorsque des responsables militaires de Roswell, au Nouveau-Mexique, ont stupéfié le monde en annonçant qu'ils avaient récupéré les restes d'un « disque volant ». Plus tard, cependant, des rapports gouvernementaux ont montré que les débris provenaient d'un ballon expérimental top secret utilisé pour surveiller les essais nucléaires soviétiques.
Dans un champ isolé au milieu de l'Australie, les responsables de la NASA ont lentement gonflé un énorme ballon d'hélium qui transporterait un télescope à rayons gamma de 2 millions de dollars dans la haute atmosphère. L'emplacement était parfait pour un lancement de ballon :plat, sec et dégagé. Cependant, avant que le ballon ne soit complètement gonflé, une soudaine rafale de vent l'a attrapé et l'a envoyé dévaler la campagne. Les membres de l'équipage ont couru pour sauver leur vie lorsque le télescope a percuté un SUV à proximité et a traversé une clôture avant de s'effondrer en un tas à plus de 492 pieds (150 mètres).
Parmi les nombreuses choses qui peuvent mal tourner lors d’un lancement de ballon, laisser une traînée de destruction est évidemment l’une des pires. En revanche, la plupart des ballons météorologiques sont lancés sans accroc. Aux États-Unis, les stations météorologiques disposent généralement d'un hangar sur place construit spécialement pour le gonflage des ballons. Pour préparer un ballon au lancement, un technicien fixera d’abord le ballon à une buse et commencera à le remplir d’hélium ou d’hydrogène. Au fur et à mesure qu'elle se remplit, il teste la batterie de la radiosonde, règle l'équipement radio et attache l'ensemble avec une longueur de cordon en nylon.
Une fois que le ballon a gonflé jusqu'à atteindre la taille d'un ballon de yoga, le technicien l'attache et le fait sortir. En faisant marcher le ballon sur une courte distance sans arbres, lignes électriques et autres obstacles, il le poussera simplement doucement vers le haut.
Dès que le ballon commence à flotter, la radiosonde se met au travail et transmet les données aux ordinateurs météorologiques au sol. En temps réel, ces ordinateurs regroupent les données dans des modèles météorologiques tridimensionnels et les envoient aux stations météorologiques à travers le pays. Pendant ce temps, les techniciens au sol suivent le ballon montant avec un équipement radar. En notant le mouvement latéral du ballon ascendant, ils peuvent calculer la vitesse et la direction du vent à différentes altitudes.
Il y a une raison pour laquelle les ballons météorologiques ne flottent pas simplement dans l’espace. À mesure que le ballon s’éloigne de la Terre, il y a moins d’air à pousser contre l’extérieur du ballon. Avec moins de pression atmosphérique pour le maîtriser, le gaz à l’intérieur du ballon se dilate à mesure que son altitude augmente. Cependant, le ballon ne peut pas s'étendre dans une mesure limitée et il éclatera généralement à des altitudes supérieures à 24,1 kilomètres, soit environ trois fois plus haute que le mont Everest.
Si on laissait simplement la radiosonde tomber sur terre, elle pourrait causer des ravages mortels dans les établissements humains situés en contrebas. C'est pourquoi chaque ballon météo possède un petit parachute relié au cordon reliant la radiosonde au ballon. Au fur et à mesure que le ballon monte, le parachute reste plié par le courant d'air descendant. Cependant, lorsque l'ensemble commence à descendre, le parachute s'ouvre, ralentissant le ballon à une vitesse gérable de 22 miles par heure (9,8 mètres par seconde).
La plupart du temps, les ballons météorologiques deviennent simplement des déchets après un voyage dans l’espace proche. Si les ballons captent une rafale de vent particulièrement forte, ils peuvent parcourir plusieurs centaines de kilomètres, atterrissant n'importe où, depuis une tourbière marécageuse jusqu'aux sommets enneigés des montagnes Rocheuses. Envoyer des hélicoptères pour récupérer près de 200 ballons météorologiques lancés chaque jour aux États-Unis ne fait tout simplement pas partie du budget.
Cependant, à l’intérieur de chaque radiosonde se trouve une grande enveloppe affranchie. Si jamais vous rencontrez un vieux ballon météo, placez-le simplement dans l'enveloppe et placez-le dans une boîte aux lettres. Quelques jours plus tard, il sera renvoyé au National Weather Service pour qu'il puisse voler à nouveau.
Ballons tueursÀ la fin de la Seconde Guerre mondiale, l’armée japonaise attachait des bombes au fond de ballons météorologiques et les envoyait flotter vers le Canada et les États-Unis. Les Japonais pensaient que les ballons déclencheraient une vague d’incendies de forêt et d’explosions meurtrières, ralentissant l’avancée américaine à travers le Pacifique. La propagande japonaise a rapporté que les ballons avaient tué 10 000 Américains, mais en réalité, le seul chaos provoqué a été la mort de six personnes.
