La prochaine mission PREFIRE de la NASA déploiera deux CubeSats pour étudier les pertes de chaleur dans les régions polaires de la Terre, en utilisant une technologie testée sur Mars pour améliorer la précision des modèles climatiques. Crédit : NASA
Lancés au printemps 2024, les deux petits satellites de la mission PREFIRE de l’agence combleront les données manquantes des régions polaires de la Terre.
Deux nouvelles miniatures NASA les satellites commenceront à sillonner l’atmosphère terrestre dans quelques mois, détectant la chaleur perdue dans l’espace. Leurs observations dans les régions les plus glaciales de la planète aideront à prédire comment nos glaces, nos mers et nos conditions météorologiques changeront face au réchauffement climatique.
PREFIRE : Une mission pour cartographier les émissions de chaleur polaire
De la taille d’une boîte à chaussures, les satellites cubes, ou CubeSats, constituent une mission appelée PREFIRE, abréviation de Polar Radiant Energy in the Far-InfraRed Experiment. Equipé d’une technologie éprouvée à Marsleur objectif est de révéler pour la première fois le spectre complet des pertes de chaleur des régions polaires de la Terre, rendant ainsi les modèles climatiques plus précis.
PREFIRE a été développé conjointement par la NASA et l’Université du Wisconsin-Madison, avec des membres d’équipe des universités du Michigan et du Colorado.
Comprendre le budget énergétique de la Terre
La mission commence par le budget énergétique de la Terre. Dans un exercice d’équilibre planétaire, la quantité d’énergie thermique que la planète reçoit du Soleil devrait idéalement être compensée par la quantité qu’elle rayonne du système terrestre vers l’espace. La différence entre l’énergie entrante et sortante détermine la température de la Terre et façonne notre climat.
La Terre s’efforce de maintenir un équilibre entre la quantité globale d’énergie entrante et sortante au sommet de l’atmosphère. C’est ce qu’on appelle le bilan énergétique de la Terre ou le bilan radiatif de la Terre. La Terre reçoit l’énergie entrante du Soleil. La Terre renvoie également de l’énergie vers l’espace. Pour que la température de la Terre soit stable sur de longues périodes (pour que le budget énergétique soit en équilibre), la quantité d’énergie entrante et l’énergie sortante doivent être égales. Si l’énergie entrante est supérieure à l’énergie sortante, la Terre se réchauffera. Si l’énergie sortante est supérieure à l’énergie entrante, la Terre se refroidira. Crédit : NASA
Les régions polaires jouent un rôle clé dans ce processus, agissant comme les ailettes du radiateur terrestre. Le brassage de l’air et de l’eau, sous l’effet des courants météorologiques et océaniques, déplace l’énergie thermique reçue sous les tropiques vers les pôles, où elle est émise sous forme de rayonnement infrarouge thermique – le même type d’énergie que celle ressentie par une lampe chauffante. Environ 60 % de cette énergie s’écoule vers l’espace dans des longueurs d’onde infrarouge lointain qui n’ont jamais été systématiquement mesurées.
PREFIRE peut combler cet écart. « Nous avons le potentiel de découvrir des choses fondamentales sur le fonctionnement de notre planète », a déclaré Brian Drouin, scientifique et chercheur principal adjoint de la mission au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud.
« Dans les projections climatiques, une grande partie de l’incertitude vient de ce que nous ne savons pas sur les pôles Nord et Sud et sur l’efficacité avec laquelle les rayonnements sont émis dans l’espace », a-t-il déclaré. « L’importance de ce rayonnement n’a pas été prise en compte pendant une grande partie de l’ère spatiale, mais nous le savons maintenant et nous cherchons à le mesurer. »
La mission PREFIRE enverra deux CubeSats – représentés dans un concept artistique en orbite autour de la Terre – dans l’espace pour étudier la quantité de chaleur que la planète absorbe et émet depuis ses régions polaires. Ces mesures éclaireront les modèles climatiques et glaciaires. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Innovations et défis technologiques
Lancé depuis la Nouvelle-Zélande à deux semaines d’intervalle en mai, chaque satellite embarquera un spectromètre infrarouge thermique. Le JPLLes instruments conçus comprennent des miroirs et des détecteurs de forme spéciale pour diviser et mesurer la lumière infrarouge. Une technologie similaire est utilisée par le Mars Climate Sounder du Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA pour explorer l’atmosphère et la météo de la planète rouge.
Miniaturiser les instruments destinés aux CubeSats était un défi pour l’équipe d’ingénierie PREFIRE. Ils ont développé une conception réduite optimisée pour les conditions relativement chaudes de notre propre planète. Pesant moins de 6 livres (3 kilogrammes), les instruments effectuent des lectures à l’aide d’un appareil appelé thermocouple, similaire aux capteurs trouvés dans de nombreux thermostats domestiques.
La lumière du soleil scintille sur les plaques de glace de la mer des Tchouktches, une partie de l’océan Arctique. La mission PREFIRE de la NASA dans les régions polaires de la Terre explorera l’impact du réchauffement climatique sur la perte de glace de mer, la fonte des calottes glaciaires et l’élévation du niveau de la mer. Crédit : NASA/Kathryn Hansen
Ground Zero pour le changement climatique
Pour maximiser la couverture, les jumeaux PREFIRE orbiteront autour de la Terre selon différentes trajectoires, se chevauchant toutes les quelques heures près des pôles.
Depuis les années 1970, l’Arctique s’est réchauffé au moins trois fois plus vite que partout ailleurs sur Terre. La glace marine hivernale y a diminué de plus de 15 900 milles carrés (41 200 kilomètres carrés) par an, soit une perte de 2,6 % par décennie par rapport à la moyenne de 1981 à 2010. Un changement se produit également de l’autre côté de la planète : les calottes glaciaires de l’Antarctique perdent de la masse à un rythme moyen d’environ 150 milliards de tonnes par an.
Les implications de ces changements sont considérables. Les fluctuations de la glace de mer façonnent les écosystèmes polaires et influencent la température ainsi que la circulation de l’océan. L’eau de fonte des calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique est responsable d’environ un tiers de l’élévation du niveau moyen de la mer depuis 1993.
« Si vous changez les régions polaires, vous changez aussi fondamentalement le temps dans le monde », a déclaré Tristan L’Ecuyer, professeur à l’Université du Wisconsin-Madison et chercheur principal de la mission. « Tempêtes extrêmes, inondations, érosion côtière : tout cela est influencé par ce qui se passe dans l’Arctique et l’Antarctique. »
Pour comprendre et projeter ces changements, les scientifiques utilisent des modèles climatiques qui prennent en compte de nombreux processus physiques. L’exécution des modèles plusieurs fois (à chaque fois dans des conditions et des hypothèses légèrement différentes) aboutit à un ensemble de projections climatiques. Les hypothèses sur des paramètres incertains, tels que l’efficacité avec laquelle les pôles émettent un rayonnement thermique, peuvent avoir un impact significatif sur les projections.
Améliorer les modèles climatiques
PREFIRE fournira de nouvelles données sur une série de variables climatiques, notamment la température atmosphérique, les propriétés de la surface, la vapeur d’eau et les nuages. En fin de compte, plus d’informations donneront une vision plus précise d’un monde en évolution, a déclaré L’Ecuyer.
« À mesure que nos modèles climatiques convergeront, nous commencerons à vraiment comprendre à quoi ressemblera l’avenir dans l’Arctique et l’Antarctique », a-t-il ajouté.
