En ce mois de juin, une campagne scientifique est menée au Centre de lancement de ballons du CNES à Aire-sur-l’Adour, dans le Sud-Ouest de la France : 25 ballons légers dilatables sont largués dans l’atmosphère. Ces ballons – les plus petits du genre – ont pour mission de mesurer la composition de l’atmosphère. Le but ? Étalonner des satellites placés en orbite à l’été 2025 et fournir des données aux scientifiques du climat. La campagne, baptisée MAGIC-AVALON, est d’une ampleur inédite : 21 équipes de recherche, 107 scientifiques et l’ensemble des opérateurs CNES du centre d’Aire-sur-l’Adour (14 personnes) sont mobilisés – notamment pendant les trois semaines de vol.

« Habituellement, nous opérons quatre vols de ballons légers dilatables par mois, explique Bastien Jurquet, chef de mission de la filière Ballons légers dilatables au CNES. Ici, 20 à 25 vols seront effectués en trois semaines, avec jusqu’à quatre vols par jour. »

Les ballons légers dilatables, ou BLD, sont des véhicules économiques et plutôt simples : sans moteur, ils s’élèvent grâce à leur enveloppe en latex gonflée à l’hélium. Ils sont les seuls véhicules capables d’étudier l’atmosphère in situ – du sol jusqu’à 35 km d’altitude, ce qui en fait des outils parfaits pour vérifier la fiabilité des mesures effectuées par les instruments embarqués à bord des satellites. À l’issue de cette campagne soutenue par le CNES, le CNRS, l’Agence spatiale européenne (ESA) et EUMETSAT, les instruments des missions spatiales Metop-SG-A1 (embarquant l’instrument IASI-NG du CNES, 3MI et Sentinel-5), MTG-S (IRS et Sentinel-4) et le satellite MicroCarb du CNES – tous lancés à l’été 2025 – seront finement calibrés.

Des instruments au sol, dans les airs et l’espace

Mais la campagne MAGIC-AVALON vise des objectifs supplémentaires. « Cette campagne est assez unique : elle permet de calibrer des instruments spatiaux, mais aussi de préparer les missions spatiales du futur et de fournir des données aux climatologues », pointe Cyril Crevoisier, directeur de recherche au Laboratoire de Météorologie Dynamique et responsable scientifique de la mission IASI-NG. Pour mieux comprendre les processus atmosphériques, les climatologues ont en effet besoin de connaître la composition de l’atmosphère à différentes altitudes. Or, depuis l’espace, les satellites ne fournissent qu’une mesure cumulée de toute l’atmosphère. « Les ballons nous donnent accès à cette information, complète Cyril Crevoisier. Face à un panache de gaz à effet de serre, connaître l’altitude nous permet par exemple d’identifier sa provenance – possiblement liée aux activités agricoles, industrielles, etc. »

Pour cette mission de grande ampleur, des moyens très importants sont déployés. « De façon concomitante, des données atmosphériques sont recueillies par satellite, ballon, avion (avec notamment l’avion de recherche ATR42 de la branche SAFIRE du CNES) et au sol dans le but d’avoir des données comparées les plus précises possible, détaille Laurent Tessariol, chef du centre de lancement de ballons d’Aire-sur-l’Adour. Les ballons sont lâchés depuis 4 sites différents : notre base d’Aire-sur-l’Adour, mais aussi Reims, Lannion et Palaiseau, des villes survolées par les satellites d’intérêt. »

Un carottage atmosphérique avec l’AirCore

« Le CNES entretient depuis plus de 60 ans une activité ballons reconnue mondialement, raconte Bastien Jurquet. C’est pourquoi Cyril Crevoisier nous a sollicité. » Au CNES, 80 % des missions ballons menées ont une vocation scientifique. Si les ballons légers dilatables – aussi appelés ballons-sondes – sont classiquement utilisés par les météorologues pour réaliser des prévisions météo, le contexte est différent avec la campagne MAGIC-AVALON. « En 2009, des collègues américains ont inventé un nouvel instrument de mesure atmosphérique, l’AirCore, se remémore Cyril Crevoisier. Nous avons collaboré avec le CNES pour développer une version allégée de l’instrument [ndlr : passant de 7 kg à 2,9 kg] adaptée à la contrainte de poids des ballons légers dilatables. »

Une fois l’altitude maximale atteinte (environ 30 km), le ballon éclate et la nacelle embarquant l’AirCore commence alors une longue chute d’une heure, ralentie par un parachute. C’est à ce moment précis que l’instrument entre en jeu : ce long tube courbé en cuivre – tel une coquille d’escargot – se remplit d’air au cours de sa descente. Une fois au sol, les équipes le récupèrent et analysent son contenu grâce à un analyseur laser. Comme l’air ne se mélange pas dans le tube, la teneur en CO₂, CH₄ et CO (des gaz à effet de serre) est ainsi estimée tout au long de l’atmosphère. Une sonde ozone accompagne également l’AirCore. L’expertise du CNES en la matière est cruciale : en tant que site labellisé ICOS, le centre d’Aire-sur-l’Adour est référencé comme un site de mesure des gaz à effet de serre au niveau national et européen.

Si le CNES opère une activité ballons historique (voir encadré), les ballons légers dilatables ne sont utilisés que depuis peu. « Cette filière est prometteuse, nous ne sommes qu’au début des applications possibles grâce à ces petits ballons ! », s’enthousiasme Laurent Tessariol. Économiques, faciles et rapides à mettre en œuvre, ils ont déjà fait leurs preuves : mesure des gaz à effet de serre ; mesure des aérosols et, plus récemment en 2025, de l’hygrométrie dans le cadre de la campagne Atmosfer. 

« Leur seule limite est la masse qu’ils peuvent emporter : elle est de 4 kg aujourd’hui, et nous souhaitons atteindre 6 kg, complète Laurent Tessariol. D’autres sollicitations nous parviennent, de la part des scientifiques qui souhaitent faire voler des flottilles de ballons légers dilatables, mais aussi de la part des Armées. »