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Une expérience de la NASA recrée un nuage mésosphérique !

Pose longue du lancement des fusées lors du projet Super Soaker. En plus de la fusée principale, deux autres ont servi à mesurer le profil des vents. Crédits : NASA’s Wallops Flight Facility/Poker Flat Research Range/Zayn Roohi.

Pour mieux comprendre le fonctionnement des nuages mésosphériques, des chercheurs de la NASA ont décidé d’en recréer un. Riches d’enseignements, les résultats de l’expérience ont récemment été publiés dans la revue scientifique JGR Space Physics.

Aussi appelés nuages noctulescents ou noctiluques, les nuages polaires mésosphériques sont probablement les plus exotiques de l’atmosphère terrestre. Comme leur nom l’indique, ils surviennent dans la mésosphère des hautes latitudes à une altitude avoisinant les 80 kilomètres. Sous leurs airs oniriques, ces formations se manifestent essentiellement en été, saison où la haute atmosphère atteint sa température la plus basse. Parfois, ils s’égarent même jusqu’aux moyennes latitudes. Toutefois, le spectacle est éphémère. En effet, ceux-ci ne deviennent visibles que lorsque le soleil passe sous l’horizon et que ses rayons les éclairent par-dessous.

Un nuage mésosphérique dans la nuit polaire

Même si l’on sait que ces nuages sont composés de fins cristaux de glace, les mécanismes amenant la condensation de la vapeur d’eau à ces altitudes extrêmes restent mal compris. De plus, leur occurrence semble augmenter depuis quelques décennies, ce qui pose la question du lien avec le réchauffement climatique. « Ils sont un indicateur très sensible des changements dans la haute atmosphère : des changements de température et/ou changements de vapeur d’eau », indique Richard Collins, physicien et chercheur à l’université d’Alaska.

nuage mésosphérique
Les nuages mésosphériques rappellent une sorte de voile cosmique. Crédits : flickr.

Pour en savoir plus, des chercheurs de la NASA ont effectué une expérience baptisée Super Soaker visant à recréer l’un de ces nuages. Pour ce faire, les scientifiques ont lancé une fusée suborbitale jusqu’en haute mésosphère au-dessus des terres alaskiennes. Arrivé à l’altitude désirée, le lanceur a ensuite libéré une petite quantité d’eau. L’essai s’est déroulé le 26 janvier 2018, à une période volontairement défavorable à la formation des nuages noctulescents. « Nous voulions nous assurer de ne pas mélanger des nuages artificiels et naturels », explique Irfan Azeem, coauteur de l’étude. « De cette façon, nous pourrions être sûrs que tout nuage mésosphérique observé était attribuable à l’expérience Super Soaker ».

L’étonnant rôle de la vapeur d’eau

Le moins que l’on puisse dire est que le projet a été riche d’enseignements. Ainsi, dix-huit secondes après la libération des 220 kilogrammes d’eau contenus dans le réservoir, les radars ont détecté l’apparition d’un nuage mésosphérique. En calculant les changements requis pour que la formation observée ait lieu, les auteurs ont notamment trouvé qu’un refroidissement brutal devait s’être produit.

Explosion du réservoir d’eau, ici lors d’un test en surface. Crédits : NASA’s Wallops Flight Facility.

« Nous n’avons pas de mesures directes de la température du nuage, mais nous pouvons déduire le changement de température via ce que nous pensons être nécessaire pour que le nuage se forme », note Richard Collins, auteur principal du papier. « Avec la quantité d’eau présente, la seule façon dont nous pouvions obtenir une formation nuageuse était de dire que dans le nuage, il y avait eu une baisse de température d’environ 25°C ». Autrement dit, la vapeur d’eau participe directement à la formation des nuages mésosphériques.

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Nuage mésosphérique artificiel vu par radar. L’axe vertical représente l’altitude et l’axe horizontal, le temps. Le trait blanc vertical situe le moment où l’eau est injectée. Crédits : Richard L. Collins & coll. 2021.

« Ces résultats indiquent que l’eau injectée agit non seulement comme un réservoir pour la production de nuages ​​mésosphériques, mais refroidit également activement la mésosphère pour induire la formation de nuages », conclut l’étude dans son résumé. « C’est la première fois que quelqu’un démontre expérimentalement que la formation de nuages noctulescents est directement liée au refroidissement par la vapeur d’eau elle-même », ajoute Irfan Azeem. Ces données ont des implications directes en termes de trafic spatial puisque les lancements de fusées injectent une importante quantité de vapeur d’eau dans la haute atmosphère. Ainsi, cela pourrait donc expliquer au moins en partie la recrudescence des nuages noctiluques depuis plusieurs décennies.