Solid

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Détection optique des éclairs depuis l’espace

La prochaine décennie verra le déploiement et l’exploitation de missions spatiales françaises, européennes et américaines dédiées à la détection et à la caractérisation de l’activité électrique de l’atmosphère terrestre. Par exemple, la mission Taranis (Tool for the Analysis of Radiation from lightNIng and Sprites), dont le lancement est prévu en mars 2020 (le lancement de Taranis est maintenant prévu avec le satellite Ingenio qui est le satellite principal de ce lancement), est une mission du Cnes dédiée à l’étude des transferts d’énergie impulsifs entre l’atmosphère de la Terre et le milieu spatial (ionosphère et magnétosphère) (Blanc et al, 2007). Elle transportera un ensemble de caméras, de photomètres, d’instruments de mesure des émissions gamma, d’électrons énergétiques, de champs électriques et magnétiques afin de détecter, localiser et caractériser les décharges des éclairs et les événements transitoires lumineux (ELT) associés. Au niveau européen, les satellites Meteosat Third Generation Imager (MTG-I) transporteront dès 2022 l’imageur d’éclairs (LI) destiné à détecter les éclairs dans la bande de fréquences optique à 777 nm et à localiser l’activité des éclairs sur presque tout le disque terrestre comme on l’observe habituellement avec les imageurs géostationnaires de Meteosat dans l’infrarouge et le visible. La communauté américaine exploite maintenant deux capteurs GLM (Global Lightning Mapper) depuis les emplacements géostationnaires de GOES Est et GOES Ouest qui couvrent l’ensemble du territoire américain. L’agence spatiale chinoise a également lancé début novembre 2016 son capteur d’éclairs géostationnaire sans aucune information détaillée sur l’instrument lui-même ni sur la distribution des données. En outre, depuis février 2017, la NASA a installé à bord de la Station spatiale internationale (ISS) la version de rechange du Lightning Imaging Sensor (LIS), qui a prouvé sa capacité à détecter à 777 nm l’activité des éclairs en régions tropicales à partir du satellite de la Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) (Kummerow et al., 1998 ; Christian et al., 2003). Récemment, l’ESA a mis en place en avril 2018 la mission ASIM (Atmosphere-Space Interactions Monitor) à bord de l’ISS qui transporte des caméras et des capteurs à rayons X/γ pour documenter les événements lumineux transitoires comme les sprites, les jets et les elfes, et les éclairs gamma terrestres. Les activités liées à la validation et à la préparation de l’utilisation des données sur les éclairs pour des applications opérationnelles et scientifiques avec ou sans observations auxiliaires doivent encore être consolidées.

Coordinateur Éric Defer (Laboratoire d’aérologie)
Correspondant CNRM Olivier Caumont
Équipes CNRM PRECIP
Type Tosca Atmosphère
Début 2017
Durée Annuel

 Objectifs

Le projet SOLID (Space-based Optical LIghtning Detection) vise à préparer la communauté française à l’utilisation des futures mesures effectuées par TARANIS, ISS-LIS et MTG-LI non seulement pour les activités de recherche mais aussi pour la validation et le soutien aux activités opérationnelles. Des activités liées à l’exploitation scientifique de toute mission spatiale de détection des éclairs, dès son lancement, sont également proposées dans le cadre du projet SOLID. Les principaux objectifs du projet SOLID sont les suivants :

  • Développer, déployer et exploiter des instruments nouveaux ou existants en France et dans ses différents territoires pour un soutien permanent à la validation et à la valorisation à long terme de toute mission de détection des éclairs depuis l’espace,
  • Tirer les enseignements des mesures optiques des éclairs depuis l’espace existantes non seulement pour affiner la stratégie de validation et de vérification proposée par Defer (2010, contrat EUMETSAT) applicable à toute mission de détection des éclairs depuis l’espace, mais aussi pour acquérir une expertise sur le signal optique réel émergeant des nuages en analysant simultanément les observations d’éclairs et de nuages depuis l’espace déjà disponibles et en effectuant des simulations réalistes de nuages et d’éclairs,
  • Organiser efficacement la communauté française et définir une feuille de route pour répondre aux questions scientifiques que la communauté française est prête à étudier à partir des observations spatiales, telles que la compréhension des processus physiques des décharges d’éclair naturelles et de l’émission de rayonnement qui accompagne les décharges, la contrainte et le renforcement des paramétrisations d’éclairs existantes utilisées dans les modèles numériques résolvant les nuages ou le développement de nouveaux modèles d’éclairs, la caractérisation de la contribution des éclairs au bilan chimique de la Terre et l’exploration des applications opérationnelles par le développement de nouveaux algorithmes de suivi de cellules et de prévision à très courte échéance, ou l’adaptation d’algorithmes existants, mais aussi de nouveaux schémas de restitution tirant parti de la synergie de la détection des éclairs depuis l’espace avec les images infrarouge et micro-ondes pour une meilleure détection et quantification de la pluie.

 Partenaires

Consortium de dix partenaires :

  1. Laboratoire d’aérologie (chef de file)
  2. LACy
  3. ONERA
  4. CNRM
  5. LOA
  6. CEA
  7. Latmos
  8. LPC2E
  9. IAP
  10. Météorage

 Apport du CNRM

Le CNRM apporte essentiellement son expertise en termes de prévision numérique du temps, et en particulier d’assimilation de données pour la prévision des systèmes convectifs.

 Publications liées au projet

  • Erdmann, F., E. Defer, O. Caumont, R. J. Blakeslee, S. Pedeboy, S. Coquillat : Concurrent Satellite and ground-based Lightning Observations from the Optical Lightning Imaging Sensor (ISS-LIS), the LF network Meteorage and the SAETTA LMA. Atmospheric Measurement Techniques. DOI : 10.5194/amt-2019-149. Under review.