Des scientifiques pris au piège d’un nuage volcanique

La Nasa ne possède pas que l’incroyable Canberra aux ailes allongées comme observateur potentiel d’un nuage de ce type. Une photo datant de 1994 donne une indication du parc de l’époque  d’avions de recherches disponibles capables de le faire. A l’époque elle disposait dun T-38 Talon biplace, d’un Learjet, d’un ER-2 (l’U-2 civil, aujourd’hui il y en a deux), et de trois plus gros porteurs : un Starlifter, le prédécesseur du C-17, au milieu (aujourd’hui remplacé par un 747 appelé SOFIA*), à droite un C-130 qui a servi à étudier les tornades, (mis depuis à l’écart, remplacé par un Orion PB-3) et à gauche l’avion qui nous intéresse aujourd’hui, un DC-8 acheté en 1985 et visiblement remotorisé, par de gros CFM56-2. C’est cet appareil qui nous intéresse aujourd’hui. Pour des tas de raisons. D’abord parce que c’est bien un avion dédié aux scientifiques : c’est un "laboratoire volant" nous apprend le site de la NASA. Un article du Scientific American nous apprenant qu’en octobre 2009 il était parti de Punta Arenas au Chili, lors de l’opération Ice Bridge, pour aller mesurer la dérive des glaces de l’Antarctique. Une campagne de 17 vols qui aura coûté 7 millions de dollars quand même, ayant consisté à mesurer l’épaisseur de la banquise arctique grâce au radar Multichannel Coherent Radar Depth Sounder (ou MCoRDS) , le même que celui monté sur l’Orion. Un engin efficace, donc, que ce DC-8 malgré son grand âge.

 

L’avion possède une autre particularité : doté de réception satellitaire, il sert de relais à des observations en temps réel et en continu transmis par des satellites : pour ça il se glisse juste dans la ligne de passage de l’orbite du satellite, et le suit le plus longtemps possible, pendant la période de transmissions du satellite placé en altitude comme l’Aura... (EOS CH-1) lancé en 2004, à orbite héliosynchrone inaugurée par la série Samos, un satellite spécialisé dans l’étude de la couche d’ozone.

 

Le DC-8 est une plate forme scientifique riche de possibilités. il est muni de deux pylônes en bout d’ailes pour prélever des d’échantillons d’aérosols (les deux petits tubes visibles sous les ailes) d’un gyro-stabilisé de pointage et de suivi par miroir, d’un tube éjecteur de radiosonde, des sondes diverses pour mesurer la chimie atmosphérique, et à bord de de multiples ports renforcés qui acceptent des matériels qui peuvent être destinés à n’importe quelle type de recherches. Ses installations purement aéronautiques comprennent un radar météorologique, un système de navigation intégré, un générateur de temps par code satellite, un Global Positioning System (GPS), et un système de réception directe des satellites météorologiques. Ses missions sont donc variées. En 2001, il a servi ainsi à observer les ouragans, dans une étude intitulée CAMEX, visant à améliorer la compréhension et la prédiction de l’activité cyclonique. Il a été mis en œuvre pour ça conjointement avec l’ ER-2 (un U-2, qui se charge plutôt des clichés) pour ramener des informations sur la structure de l’ouragan, sa dynamique et son mouvement. Bref, c’est un peu des avions à tout faire de la NASA : solide, fiable, la cellule du DC-8 est en effet une des plus résistantes existantes, avec le B-727.

 

C’est grâce à lui a encore que l’on doit le rectificatif récent sur la disparition de la couche d’ozone :"malgré des niveaux quasi-records de destruction chimique de l’ozone en Arctique en janvier et en février 2005, notamment les observations du satellite Aura captées par le DC-8 ont montré que d’autres processus atmosphériques inconnus avaient restauré la quantité d’ozone quasiment à son niveau d’antan, et empêché les niveaux élevés de rayonnements ultraviolets nocifs d’atteindre à nouveau la surface terrestre" nous dit la NASA. 

 

Or notre fameux DC-8, il lui est arrivé une histoire qui est assez inattendue et qui le recadre parfaitement dans le débat du jour. Lui aussi s’est fait avoir... par de la cendre volcanique ! Un avion, géré par des scientifiques de haut rang, pourtant, qui s’est fait bêtement surprendre ! Voilà qui n’est pas sans inquiéter : c’est un peu l’histoire du cordonnier mal chaussé ! Et effectivement : devant se rendre en Suéde, à partir d’Edwards, pour son programme SAGE III Ozone Loss and Validation Experiment (ou SOLVE), portant donc toujours sur le trou d’ozone, il s’est transformé par pur hasard en détecteur de poussières volcaniques. C’était pendant l’hiver de 1999-2000, où notre appareil s’est retrouvé par inadvertance au bord du nuage de cendres volcaniques produites par le volcan Hekla en Islande alors en pleine éruption. L’Hekla, le précurseur du volcan actuel et son voisin immédiat ! Projetant cette nuit là nuage dérivant alors depuis déjà 35 heures lorsque le DC-8 de la NASA l’a croisé par mégarde ! Cette rencontre s’est produite dans l’obscurité totale (il n’y avait pas de lune) dans la nuit du 28 Février 2000, à 05h08 GMT, lors de son vol vers Kiruna. Piégé, bêtement, comme les autres. Mais comme c’étaient des scientifiques à bord, on a eu droit à un beau rapport circonstancié ! Et ce dernier, visible ici en bas de ce texte, est plein d’enseignements, le premier est que les dégâts subis ne sont pas nécessairement visibles tout de suite, ce qui rend la dangerosité de ce genre de projections encore plus grande !

 

En décembre 1999, raconte donc le rapport, l’avion avait auparavant ingéré des particules, à Kiruna, lors d’un atterrissage sur une piste sableuse, au moment ou la poussée inversée de freinage avait été mise en action. Retourné à la base d’Edwards, l’appareil avait été passé au boroscope, l’endoscope pour avion. Or là, aucun dégât n’avait été décelé : le sable n’avait rien abîmé. Lors du vol à travers le nuage islandais, ce sont les appareils à bord qui avaient détecté sa présence : le pilote n’avait rien vu, ni entendu, ni senti "pas de feu St-Elme" précise le rapport. Comme quoi parfois l’ingestion n’est pas visible, tout simplement !

 

Tout d’abord, les appareils avaient noté une forte augmentation du dioxyde de soufre (SO2), avec un beau pic enregistré pendant les sept longues minutes avec lequel l’avion a été en contact avec le nuage. Le pilote s’imaginait être dans un cirrus, et ne s’était pas trop inquiété de ne plus apercevoir les étoiles. durant l’occultation. Au radar, l’interféromètre avait bien détecté le nuage, mais ayant l’apparence d’un nuage normal. Comme l’avion n’avait subi aucun avarie ni de perte de puissance, il s’était posé sans encombre à Kiruna, et avait volé après sur place pendant 68 heures avant de rentrer à Edwards. A peine rentré, alerté par les taux anormalement élevés de soufre détectés sur les transcripteurs analysés plusieurs mois après, on avait quand même examiné au boroscope ses moteurs, et là on avait découvert l’étendue des dégâts, restés jusqu’alors totalement invisibles. Les quatre moteurs étant aussitôt envoyés au General Electric Strouther d’Arkansas City (Kansas) pour y être examinés de plus près. Ils ne semblaient en rien avoir perdu d’efficacité, à part peut-être le moteur n°4.

 

"Tous les moteurs présentaient un revêtement en poudre fine, blanche sur toute leur longueur" dit le rapport. "L’érosion de la pointe des aubes de turbine haute pression et des pales était visible, les trous de refroidissement bouchés, les revêtements comportaient des cloques, et il y avait une accumulation de cendre fine dans tous les recoins". Parmi les moteurs, l’un d’entre eux avait subi le plus de dommages : celui de l’extérieur de l’aile, qui avait été le plus exposé. "Le réacteur numéro de série 692632 (Le numéro quatre du moteur sur le DC-8) avait subi les plus graves dommages. Des photos montrent les aubes endommagées, les trous d’air de refroidissement bouchés, l’érosion des bords d’aubes, l’accumulation de cendres dans les passages, et des cloques sur les revêtements clairement visibles". Résultat, même tarif que pour le vol de 1989 en Alaska : les quatre moteurs envoyés au rebut. "Le coût total de la rénovation pour les quatre moteurs a été de 3,2 millions de dollars". En prime, les scientifiques ont calculé que les aubes endommagées n’avaient plus que 100 heures à vivre : or l’avion en avait fait 68 de plus après sa rencontre. Encore 32 de plus et l’un des moteurs ou plusieurs pouvait exploser... aubes endommagées !

 

Le rapport du bureau londonien en date du 26 février (document fourni en bas d’article avait pourtant indiqué, dans un communiqué d’alerte, que l’Hekla avait atteint FL 450 (- 45 000 pieds = 13 716 m), et le nuage s’était répandu ensuite dans la zone des FL180 (- 18000 pieds = 5486 mètres), en indiquant sa trajectoire présumée. L’analyse des filtres à bord de l’appareil révéla qu’il y avait assez peu de cendres, en fait, dans le nuage traversé, et qu’elle était mêlé à des cristaux de glace. Une deuxième étude montra que la plupart des particules de cendres pouvaient été considérées plutôt comme "de la glace enduite de cendre". Des particules de glace recouvert de beaucoup moins destructrice pour le pare-brise et les bords d’attaque, à contrario des vols précédemment décrits ici, comme on l’a vu, ou tout avait été poncé, mais qui l’étaient pour les réacteurs, là où la glace fondait aussitôt rentrée. Bref, un danger totalement invisible, pouvant entraîner des catastrophes aériennes pas forcément immédiates. Ces nuages sont donc potentiellement très, très dangereux pour les avions entrant en contact avec eux, et leur détection fort difficile. Même l’observatoire anglais n’avait pas su alerter suffisamment en temps pour détourner la trajectoire du DC-8 de la NASA !

 

D’autres avions "observateurs" sont disponibles. Les anglais ont leur BAe 146-301 large Atmospheric Research Aircraft (the ARA) de la FAAM, basé à Cranfield. Hyperéquipé et déjà bien utilisé aussi. Manque de bol, il ne peut servir en ce moment : il est en atelier de peinture  ! A la place, c’est le Dornier 228 de la FAAM qui a été désigné pour faire les mesures. Il a commencé son travail d’observation le 16 avril dernier, il y a cinq jours donc aujourd’hui. Le 1er mars encore, il était en mission à la Soufrière, pour observer l’île dévastée de Montserrat. Et la France ? Eh bien elle a un équivalent, c’est l’ATR 42 de Météo France "dédié à l’étude de la structure des basses couches de l’atmosphère," et équipé de sondes par le CNRS et par le CNES. Sur le fuselage "une veine communautaire", un "instrument d’échantillonage des aérosols permet d’acquérir in situ de l’information sur les propriétés physico-chimiques et optiques des particules atmosphériques, dans toute la colonne troposphérique et sur des échelles horizontales très larges" .Un Falcon 20 muni d’un radar radar-lidar (LIght Dectection And Ranging) Rali et du système Léandre est aussi disponible. Sa spécialité : les "mesures à haute résolution spatio-temporelle de la distribution de la vapeur d’eau dans la basse troposphère pour améliorer les connaissances concernant : la dynamique de la couche limite atmosphérique, les échanges d’humidité entre surface et atmosphère, la formation nuageuse et les interactions aerosol-nuage-rayonnement, et l’intitiation de la convection". Avec le Falcon 20 allemand, il en reste un autre, encore, considéré comme le U-2 russe : le superbe M55-Geophysica, à l’envergure démesurée. Le seul à grimper aussi haut que mon Canberra modifié, muni de sa liaison satellite et venu lui aussi avec les autres en Afrique en 2003 et 2006 pour une campagne intensive d’observation intitulée AMMA.

 

Le parc aéronautique d’observation de l’atmosphère mondial ne manque donc pas : mais comment se fait-il qu’on a mis autant de temps à l’utiliser ? Hormis le BAE au garage à peinture, il y a fort peu d’excuses à cette évidente inertie : une simple question d’argent ? Les compagnies aériennes si promptes à en réclamer à l’état ne pouvaient-elles pas être sollicitées pour le lancement d’une étude sur leur gagne-pain ?

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* SOFIA : un des projets passionnants en cours à la NASA. Une histoire un peu dingue au départ : celle d’embarquer un télescope infra-rouge de taille conséquente à bord d’un avion (un 747 SP, le plus court de la gamme, baptisé "Clipper Lindbergh") dont on a découpé le fuselage par une énorme porte rotative qui s’ouvre en vol. Et ça marche, comme semblent l’avoir démontré les premiers essais qui datent de janvier 2010 seulement. Le 18 février dernier, la porte était ouverte pour la première fois en vol...