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RDT info logoMagazine de la recherche européenne N° 51 - Décembre 2006
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 Homme-machine: de nouvelles communications
 L'e-inclusion, côté pile et face
 Biotechnologies: cote de popularité en hausse
 "Un scientifique parlant vrai peut faire des dégâts"
 Diabète + obésité = diabésité
 L'historique génome de la levure
 Rebelle aux causes multiples
 Sur les traces des sixties
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CLIMAT
Title   Décrypter l'horlogerie de la mousson

Pour percer les secrets des caprices de la mousson, pas d’autre solution que d'ausculter ce phénomène en détail. C’est pourquoi les scientifiques sont allés placer leurs capteurs dernier cri au coeur même du terrain. Plusieurs stations réparties sur le sol africain sont ainsi dédiées aux échanges continent/atmosphère.

IntÚrieur de l'avion allemand Falcon 2 utilisÚ dans le cadre du projet Amma
Deux types d'avion sont utilisés dans le cadre du projet Amma. L'ATR 42 français vole entre 300 et 7000 mètres. Le Falcon 2, allemand (dont on voit l'intérieur ci-contre), peut monter jusqu'à 14 000 mètres et est principalement dédié à l'étude des vents d'altitude. Il mesure ceux-ci à l'aide d'un puissant faisceau laser. Ces deux appareils se complètent pour mesurer des dizaines de paramètres, du rayonnement solaire à des concentrations de composants chimique, en passant par le diamètre des particules d'aérosols.

©AMMA/Photo P.Taburet (Météo-France)
Isolée dans la campagne à proximité de Djougou, au Bénin, une impressionnante batterie d’appareils de mesure engrange des collections massives de données. Les quantités d’oxydes de soufre, d’oxydes d’azote, d’ozone, de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone, de particules, etc., sont mesurées en continu.

Face à une machine baptisée Cloud condensation nuclei counter, Laurent Gomes, chercheur au CNRS (FR), explique que cet appareil permet de différencier, parmi toutes les particules en suspension dans l’air, celles qui sont susceptibles de former des noyaux de condensation. "En effet, certaines particules, comme les suies, sont dites hydrophiles, c'est-à-dire qu’elles condensent bien la vapeur d’eau. A l’inverse, les particules minérales sont plutôt hydrophobes. Pour compliquer la situation, tout cela peut évoluer durant le trajet dans l’atmosphère. Si une particule minérale est au contact de molécules de sel, issues d’embruns, elle deviendra peu à peu hydrophile… Cet appareil prélève donc les poussières présentes dans l’air et les envoie dans une chambre où les attend de la vapeur d’eau prête à se condenser. Il ne reste plus alors qu’à compter les gouttes qui se forment sur l'échantillon. Actuellement, sur 10 000 particules en suspension, 1 700 sont hydrophiles."

Sur la Terre comme au ciel
Parallèlement, un des avions de la flotte d’Amma est équipé du même appareil, qui mesure la capacité de condensation des aérosols à une altitude déterminée. Ceci permet de différencier les propriétés des poussières qui circulent au ras du sol de celles qui sont dans les tranches supérieures de l’atmosphère. La présence de cinq avions instrumentés, pour sonder aussi bien le coeur des orages tropicaux que les hauteurs raréfiées de la troposphère, constitue l'un des points forts du projet.

A 500 km de là, près du village nigérien de Komakoukou, se trouve le laboratoire de Jean-Louis Rajot, entièrement dédié à l’étude des aérosols, autrement dit de l’ensemble des particules solides et liquides en suspension dans l’air. Ces particules sont récoltées, triées par diamètre, comptabilisées, analysées chimiquement. Un des objectifs est de comprendre quelle proportion de poussières est d’origine locale et quelle fraction vient d'ailleurs. Les chercheurs ont placé des instruments dans des champs et des jachères afin d'effectuer des mesures différentielles, l’expérience montrant que les friches ne subissent quasiment aucune érosion, alors que les cultures concentrent tout le phénomène. Un autre appareil collecte les gouttes de pluies de façon séquentielle – les dernières gouttes justifient une analyse particulière car ce sont elles qui contiennent le plus probablement les matériaux ayant permis la condensation.

Comprendre le cycle de l’eau
Le radar Ronsard
Le radar Ronsard, du Centre d'études des environnements terrestres et planétaires, a pour fonction de mesurer la vitesse, l'intensité et la taille des systèmes de précipitations qui traversent la région. Il réalise de véritables "coupes" à travers ces immenses orages tropicaux. Un outil précieux pour les scientifiques qui tentent d'en décrypter la dynamique.

© AMMA/Photo P.Collot (CNES)
Autre lieu, autres préoccupations. Sur le bassin versant béninois de la rivière Ouémé a été mis sur pied un dispositif permettant d'analyser en détail le cycle de l’eau à l’échelle locale. Pluviométrie, débit des rivières, hauteur des nappes phréatiques, quantité d’humidité présente dans le sol sont en permanence auscultés par les scientifiques, appuyés par des collaborateurs africains du service d’hydrologie du Bénin.

Plusieurs versants, certains intensément cultivés et d'autres très peu, sont suivis de concert afin de pouvoir déduire les impacts des activités agricoles à partir de cette comparaison. Le couvert végétal, sa nature et sa densité, font partie des paramètres mesurés car il faut estimer à la fois la part d’eau infiltrée, celle transpirée par les plantes, celle qui s’évapore naturellement et celle qui arrive dans les rivières.

Les premiers résultats (obtenus en comparant chimiquement l’eau des rivières et l’eau souterraine) semblent indiquer que, dans cette région, alors que la nappe phréatique se situe à une quinzaine de mètres de profondeur, une nappe bien plus superficielle (à moins de deux mètres) se met en place durant la saison des pluies. Cette nappe temporaire alimente les cours d’eau, alors que la nappe profonde et permanente serait accessible aux arbres… mais pas aux cultures. Si cette hypothèse se confirme, le remplacement de la forêt (approvisionnement profond) par des cultures (qui puisent dans la nappe superficielle) pourrait avoir comme conséquence de diminuer l'apport aux rivières. Ce genre d'information est particulièrement utile pour modéliser l'avenir du cycle de l'eau dans la région.

Des stations analogues ont été mises en place au Mali et au Niger afin de faire des bilans du même type dans différentes conditions de climat et de sol.

Une aventure humaine
Mener à bien une campagne de mesures de l’ampleur de celle de Amma n’est pas rien dans des pays au climat ingrat, parmi les plus pauvres de la planète. Mais l’aventure n’est pas que scientifique, elle est aussi humaine. Luc Redelsperger aime raconter que "lorsque les atmosphériciens ont compris que leurs données pouvaient servir à combattre la méningite, et pas seulement à mieux comprendre les subtilités du climat, l’enthousiasme était perceptible". Les scientifiques d’Amma lancent des ballons sous une pluie torrentielle, brûlent sous le soleil en mesurant des poussières, interrogent des centaines de malades dans les dispensaires ou volent des heures durant dans des avions transformés en étuve. Ils semblent tous – quels que soient leur tempérament, leur nationalité ou leur discipline – habités avant tout par le désir de contribuer à développer un continent trop souvent abandonné et oublié.


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Dossier 1 2 3 3
  En attendant la saison des pluies
  L'implication européenne
  Des tensions climatiques extrêmes
  Décrypter l'horlogerie de la mousson

  PLUS DE PRÉCISIONS  
  Un important volet océanique

L’interaction océan/atmosphère fait l’objet d’une attention particulière au sein du projet Amma. C’est, en effet, l’écart thermique entre l’océan et le continent qui provoque l’entrée dans les terres d’air humide provenant du Golfe de Guinée – un golfe qui est donc la source de...
 
  Le continent quadrillé

L’instrumentation sans précédent d’Amma est déployée avec un souci stratégique digne d'une campagne militaire. Une série de paramètres relativement simples sont suivis durant une période longue (la décennie 2001-2010), tandis qu’un autre ensemble de données, moins importantes, ne font l’objet de relevés que durant trois ans (2005-2007). Enfin, au cours de l’année 2006, ont eu lieu plusieurs périodes...
 
  Et les cyclones des Caraïbes…

Lorsque les énormes systèmes orageux que sont les lignes de grains débouchent sur l’océan Atlantique, à la fin de l’été, ils commencent par rencontrer une zone d’eau froide (upwelling) au large du Sénégal et tendent donc généralement à régresser....
 
   
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  Un important volet océanique

L’interaction océan/atmosphère fait l’objet d’une attention particulière au sein du projet Amma. C’est, en effet, l’écart thermique entre l’océan et le continent qui provoque l’entrée dans les terres d’air humide provenant du Golfe de Guinée – un golfe qui est donc la source de pratiquement toute l’énergie et l’eau libérées par la mousson. Or, cette partie de l’Atlantique tropical est le siège d’un phénomène annuel que les océanographes désignent par le terme d’upwelling: la remontée à la surface d’une eau plus froide, venant des profondeurs, qui réduit brusquement d’environ 3°C la température de surface de l’océan. Les liens entre cet upwelling (sa date, son intensité, ses modalités) et la mousson semblent importants, au point qu’il pourrait s’agir là d’un élément clé pour la prévision des pluies.

C’est pourquoi, dans le cadre de Amma, trois bateaux fourniront des données sur l’océan Atlantique (l’Atalante français, le Meteor allemand, qui va croiser depuis Recife au Brésil jusqu’aux îles du Cap-Vert, et le Ron Brown américain, qui se déplace entre l’Amérique et l’Afrique). De plus, un réseau de bouées fixes a été constitué, donnant des renseignements sur toute la colonne d’eau, tandis que des flotteurs, dérivant avec les masses d’eau, envoient périodiquement des données.
  Et les cyclones des Caraïbes…

Lorsque les énormes systèmes orageux que sont les lignes de grains débouchent sur l’océan Atlantique, à la fin de l’été, ils commencent par rencontrer une zone d’eau froide (upwelling) au large du Sénégal et tendent donc généralement à régresser. Mais s’ils ont suffisamment d’énergie et de vitesse, ils peuvent également "survivre" à ces quelque 500 km d’océan relativement frais pour arriver dans des zones, plus proches des Caraïbes, où l’Atlantique est, au contraire, à son maximum thermique. A ce moment, dans le Golfe du Mexique, il arrive que l’eau dépasse 30°C, ce qui représente un énorme dégagement d’énergie latente, sous forme de vapeur. Ces systèmes d’origine africaine peuvent alors "repartir" en se nourrissant de ladite énergie et former des cyclones particulièrement violents, qui viennent ensuite percuter les côtes des Etats-Unis. La participation de plusieurs institutions scientifiques américaines importantes à Amma s’explique, non seulement par l’intérêt scientifique du projet, mais aussi par le désir d’en savoir plus sur cette cyclogenèse qui, selon certains auteurs, pourrait être dopée dans les années à venir par le réchauffement climatique.
  Le continent quadrillé

L’instrumentation sans précédent d’Amma est déployée avec un souci stratégique digne d'une campagne militaire. Une série de paramètres relativement simples sont suivis durant une période longue (la décennie 2001-2010), tandis qu’un autre ensemble de données, moins importantes, ne font l’objet de relevés que durant trois ans (2005-2007). Enfin, au cours de l’année 2006, ont eu lieu plusieurs périodes dites "d’observation intensive", durant lesquelles l’arsenal scientifique déployé a atteint son apogée (avions, bateaux, etc.).

A ces phases d’observation emboîtées dans le temps répondent des sites d’observation emboîtés dans l’espace. Ainsi, les mesures hydrométéorologiques sont-elles très denses sur des sites restreints, tels que certains bassins versants, eux-mêmes inclus dans des bassins plus larges et moins densément instrumentés, judicieusement répartis sur le continent. Le programme fonctionne ainsi par transects (de grandes lignes nord/sud ou est/ouest) le long desquelles se concentrent les sites de mesures. Ces directions sont celles du flux de mousson pour les premières, et celles suivies par les lignes de grains pour les secondes, ce qui permet aux scientifiques d’être idéalement placés pour pister l’évolution de la mousson.