Campagnes
Déroulé d’une campagne
Le CNES organise des campagnes « ballons » régulières en France et à l’étranger. Une mission impliquant un ballon stratosphérique est en effet moins coûteuse et plus rapide à mettre en œuvre qu’une mission satellitaire. Reste que les campagnes de lâchers sont des opérations complexes qui s’étalent parfois sur plusieurs semaines.
Préparation
Les missions sous ballon prévoient une ou plusieurs campagnes de plusieurs semaines, qui elles-mêmes comprennent plusieurs vols. Ces campagnes se préparent pendant des mois. Car au-delà des problématiques scientifiques et d’ingénierie, il s’agit de gérer la logistique : demandes d’autorisations auprès des pays qui seront survolés par les ballons, envoi et installation de dizaines de tonnes de matériel sur la base des lâchers… Pour les vols de courtes durées, c’est même un véritable centre de contrôle, d’où sont opérés les ballons, qui est installé temporairement sur le site de lâcher.
Le vol, lâcher et suivi
Un vol commence par le lâcher, phase la plus délicate pour les volumineux ballons stratosphériques ouverts. Il s’agit en effet de mettre en position verticale un équipage de près de 300 m de long et pesant plusieurs tonnes, en évitant que l’enveloppe ou la nacelle ne subisse la moindre avarie. Plusieurs opérateurs, entraînés, sont nécessaires pour effectuer cette opération.
Ensuite, qu’ils soient lâchés pour quelques heures ou pour quelques mois, les ballons restent sous la surveillance continue d’opérateurs situés dans un centre de contrôle, au sol. Ils sont en communication permanente avec le véhicule, par liaison radio et via des constellations satellite, pour garantir les objectifs scientifiques de la mission, ainsi que pour assurer la sécurité et la sauvegarde des personnes et installations survolées. Ils connaissent la localisation du ballon en temps réel et peuvent la transmettre aux autorités aériennes lors de traversés de couloirs aériens.
Les opérateurs sont également en charge de son pilotage. Car même s’il est conçu pour dériver dans les vents, le ballon doit parfois être « dirigé », c’est-à -dire soit remonté, soit descendu. Par exemple lors du passage du jour à la nuit, quand la baisse des températures fait perdre de l’altitude aux ballons ouverts. Pour modifier l’altitude du ballon, deux manœuvres sont possibles :
- Le délestage, c’est-à -dire le largage de petites billes d’acier pour alléger le ballon et lui permettre de remonter.
- Le dégazage d’une partie de l’hélium, via l’ouverture d’un petit clapet situé en haut de l’enveloppe, qui permet de le faire descendre.
Séparation et récupération
Les équipes du CNES et de l’agence spatiale canadienne récupèrent les différents systèmes du BSO Transat, qui a atterri sur l’Ile de Baffin au Canada : nacelle scientifique, nacelle de servitude et enveloppe.
Une fois la mission achevée, les ballonniers commandent le décrochage de la chaîne de vol. Elle redescend sur Terre sous un ou plusieurs parachutes, et atterrit à environ 5 m/s, à l’endroit voulu : une zone isolée pour des questions de sécurité, mais également facile d’accès pour pouvoir récupérer les nacelles avec les instruments scientifiques et les différents équipements.
Ces éléments sont alors rapportés à la base de lâcher puis remis en configuration, réparés pour être réutilisés, parfois pour plusieurs vols dans la même campagne.
L’enveloppe, elle, est déchirée au moment du largage de la nacelle. Elle se vide et retombe au sol en chute libre, à une vitesse avoisinant les 20 m/s. Dans la plupart des cas, l’enveloppe est elle aussi récupérée, puis traitée dans des déchetteries agréées.
Les ballonniers du CNES sont parmi les seuls au monde (avec les ballonniers indiens) à utiliser la technique du ballon auxiliaire pour le lâcher des BSO : ils utilisent un second ballon qui, dans les premiers instants du décollage, soulève légèrement la nacelle du sol, évitant ainsi qu’elle ne s’abîme. Le ballon auxiliaire est ensuite rapidement lâché, alors même que l’enveloppe principale n’est pas à la verticale de la nacelle. Une autre méthode est d’utiliser une grue pour maintenir la nacelle décollée du sol, et de la libérer lorsque le BSO est à la verticale.
Les bases de lancement
Les lâchers de ballons se font depuis des bases dédiées.
En France métropolitaine, la base d’Aire-sur-l’Adour (Landes) accueille l’activité ballons du CNES depuis 1964. Depuis 2007 toutefois, l’urbanisation grandissante aux alentours de la base empêche le lancement des ballons dits lourds (emportant plus de 4 kg). Le CNES choisit alors de la consacrer à l’exploitation des ballons légers, pour des vols technologiques, des projets étudiants, mais surtout pour les recherches liées à l’étude de l’atmosphère (gaz à effet de serre, particules, vapeur d’eau…).
Une quarantaine de ballons légers y sont ainsi encore opérés chaque année, notamment dans le cadre du projet AirCore ou du projet Atmosfer (lâchers en 2024 et 2025).
La base d’Aire-sur l’Adour accueille également les équipes opérationnelles qui mettent au point les stratégies de lancement, et s’entraînent aux opérations de lâchers.
Pour les ballons lourds, le CNES utilise principalement trois bases :
- La base de Timmins au Canada. Cette base a été créée dans les années 2010, en collaboration avec l’agence spatiale canadienne, pour opérer des vols de BSO à une latitude moyenne (Timmins est à la même latitude que Lille).
- La base arctique d’Esrange à Kiruna en Suède (partenariat avec l’agence spatiale suédoise).
- La base de Palmas de Tocantins au Brésil, qui sera opérationnelle à partir de fin 2026, en partenariat avec l’agence spatiale brésilienne.
Avec ces 3 sites, le CNES peut opérer à différentes latitudes : 10° au sud de l’Équateur pour Palmas de Tocantins, 48° nord pour Timmins et 67° nord pour Kiruna. Cela signifie, pour les scientifiques, de pouvoir mener leurs expériences dans des milieux atmosphériques qui présentent des caractéristiques différentes.
Chacun de ces sites bénéficie également d’un environnement favorable, entouré de vastes espaces peu habités mais accessibles, pour faciliter la récupération du matériel.
Le CNES a pu également utiliser la base d’Alice Spring, en Australie, pour le besoin de mission dans l’hémisphère Sud.
Les campagnes en cours
Objectifs
Stratéole-2, porté par la France (CNES, CNRS) avec la participation de chercheurs internationaux, est un programme d’observation de la dynamique de l’atmosphère au-dessus de l’équateur terrestre. Objectif : étudier les mécanismes qui se jouent dans cette zone, autour de 20 km d’altitude. Les scientifiques manquent en effet de données sur cette région, difficile d’accès pour des observations depuis le sol ou satellitaires. Le programme repose sur l’utilisation de ballons pressurisés de 11 à 13 m de diamètre, capables de voler jusqu’à 3 mois à cette altitude et de survoler toute la ceinture tropicale, portés par les vents.
Les campagnes
Le programme Stratéole-2 s’appuie sur trois campagnes de lâchers depuis les Seychelles (Océan Indien) :
- Pendant l’hiver 2019-2020, 8 ballons ont été lâchés. Cette campagne a fait office de validation.
- D’octobre à décembre 2021, 17 BPS ont dérivé à 19 km au-dessus des Tropiques pendant presque 2 années cumulées.
- Pendant l’hiver 2025-2026, 22 ballons doivent être lancés.
Au service de la météorologie : certaines mesures (température, pression, vent) ont été transmises en temps quasi-réel à l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) pour optimiser les prévisions météorologiques sous les tropiques.
Au service du climat : les données récoltées pendant des mois par ces flottilles de ballons sont intégrées dans les modèles climatiques, pour les affiner et soulever certaines incertitudes.
Les mesures précises - et fréquentes - des instruments embarqués ont aussi permis d’étudier les ondes atmosphériques (ondes mécaniques à très haute fréquence) qui forcent la dynamique de la stratosphère. Ainsi que les convections profondes, ces orages violents qui montent très haut, transperçant la tropopause jusqu’à la stratosphère.
Partenaires
CNRS, Météo-France (France), NSF (agence de moyens), LASP, NOAA, NorthWest Research Associates, Scripps Institution of Oceanography (USA), NARL (Inde), Université d’Adélaïde (Australie), CNR-ISAC (Italie)
Liens utiles
Contact
Responsable mission Stratéole-2
Stéphanie VENEL
Courriel : stephanie.venel at cnes.fr
Objectifs
Depuis 2014, le CNES met en œuvre des campagnes régulières de BSO sur la base de Timmins (Ontario, Canada), pour adresser des projets scientifiques spécifiques. Très souvent, ceux-ci traitent de la chimie de l’atmosphère. Mais il peut aussi s’agir d’astronomie ou de démonstration technologique.
Les campagnes
Dans le cadre de la campagne Strato-Science 2025 par exemple, le CNES, en partenariat avec l’agence spatiale canadienne, a ainsi mis en œuvre le lâcher de quatre BSO :
- Le vol AIRCORE emportant un échantillonneur atmosphérique haute résolution (voir AIRCORE ci-dessous).
- Le vol CASOLBA répondant à 2 objectifs principaux : l’étalonnage de cellules solaires (projet CASOLBA CNES/ESA) montées sur un plateau inclinable de plus d’1 m2 et la mesure du taux d’hydrogène dans la stratosphère et la mésosphère (projet OSAS-B de l’agence spatiale allemande, DLR).
- Le vol BVEX, embarquant notamment un radiotélescope de 0,9 m de diamètre. Ce vol n’a toutefois pas pu atteindre l’altitude voulue.
- Le vol Lowstrat, équipé de différents instruments pour mesurer les aérosols et caractériser les nuages.
Contact
Chef de mission
Stéphane LOUVEL
Courriel : stephane.louvel at cnes.fr
Objectifs
AIRCORE est un dispositif d’échantillonnage d’air embarqué sous ballon, qui, depuis 2014, réalise des profils verticaux des concentrations de gaz à effet de serre. Ces données permettent de mieux comprendre les échanges de ces gaz le long de la colonne d’air et d’évaluer les modèles informatiques de transport atmosphérique.
AIRCORE a été développé en 2013/2014 par le Laboratoire de Météorologie Dynamique sur une idée d’un scientifique américain (Peter Tans, NOAA) en deux versions : AIRCORE HR destiné à être largué depuis un BSO et une version légère, AIRCORE light qui fonctionne avec un BLD.
En 2025, AIRCORE a aussi permis de calibrer les satellites MicroCarb et IASI-NG grâce à l’intercomparaison des mesures des 2 systèmes.
Les campagnes
L’instrument AIRCORE est transporté via un ballon stratosphérique jusqu’à 35 km d’altitude, puis lâché sous parachute. Lors de sa redescente, il se remplit d’air par différence de pression. Une fois au sol, il est récupéré le plus rapidement possible - avant que les gaz ne se mélangent sous l’effet de la diffusion moléculaire - et son contenu analysé en laboratoire.
Depuis 2019, des lâchers sont régulièrement opérés depuis trois sites en France, à Traisnou (45), Reims (51) et depuis la base du CNES à Aire sur Adour, à hauteur de un vol mensuel (deux par mois pendant la phase de calibration des satellites IASI-NG et MicroCarb).
Ce fonctionnement en réseau a valu à AIRCORE d’être labellisé par le CNRS, et d’intégrer l’infrastructure de recherche ICOS, dédiée à la mesure des flux et des concentrations en CO2, méthane et oxyde nitreux.
Les données sont distribuées via la base AERIS.
Liens utiles
Contacts
PI, Laboratoire de Météorologie Dynamique/IPSL, CNRS
Cyril CREVOISIER
Courriel : cyril.crevoisier at lmd.ipsl.fr
Responsable du centre de lancement de ballons d’Aire-sur-l’Adour
Laurent TESSARIOL
Courriel : laurent.tessariol at cnes.fr
Les campagnes historiques
Objectif
EUSO Ballon (pour Extreme Universe Space Observatory) est une mission exploratoire, dont l’objectif est de valider la technique de la fluorescence pour détecter les gerbes de particules générées par les rayons cosmiques de très haute énergie, à leur arrivée sur Terre. Elle vise aussi à explorer la technique de détection de gerbes de neutrinos montantes issues du limbe terrestre et de rayons cosmiques quasi horizontaux, par la détection de rayonnement Cherenkov.
Les campagnes
Un prototype d’instrument optique a ainsi été testé sous ballons, lors de trois vols.
Le 1er s’est déroulé en août 2014 depuis la base de Timmins, au Canada. Le télescope, embarqué sous un BSO de 400 000 m3, a évolué toute une nuit à une altitude de 38 km. L’instrument a observé la lumière UV provenant notamment de gerbes atmosphériques, simulées par des flashers et un laser embarqués dans un hélicoptère volant sous le BSO.
Les 2e et 3e lâchers (EUSO-SBP et EUSO-SBP2) ont été effectués depuis Wanaka en Nouvelle-Zélande, en 2017, non plus avec un BSO mais avec un ballon ULDB (Ultra Long Duration Balloon), aussi appelé SPB (Super Pressure Balloon), développé par la NASA.
Lors du dernier vol, les modules de photo-détection du télescope à fluorescence ont montré des performances conformes aux attentes, et une efficacité de détection jamais réalisée auparavant, supérieure à 30 % en mode de comptage de photons uniques. Mais le vol, qui devait durer 100 jours, s’est achevé dès la seconde nuit (fuite d’hélium).
Un nouveau lancer (EUSO-SPB3) est en cours de réflexion.
Organisation
EUSO-Ballon a été financée par le CNES, en collaboration avec plusieurs laboratoires français et étrangers. Le CNES qui a également conçu en partie la nacelle étanche fixée sous le BSO.
Partenaires
CNRS (France), Université de Tübingen (Allemagne), INFN (Italie), UNAM (Mexique), Universités d’Alcala et de Madrid (Espagne), Institut Riken (Japon), Université de Chicago (USA), NCNR (Pologne), NASA
Contact
Responsable Thématique Astronomie, Astrophysique du CNES
Philippe LAUDET
Courriel : philippe.laudet at cnes.fr
Objectif
PILOT (Instrument Polarisé pour l’observation à grande Longueur d’Onde du milieu interstellaire Ténu) est une mission scientifique d’astrophysique, menée par le CNES et l'IRAP entre 2015 et 2017.
Objectif : mesurer l'émission polarisée submillimétrique des poussières interstellaires grâce à un télescope placé entre 30 et 40 km d’altitude sous un ballon. Le rayonnement observé (240 microns de longueur d’onde) n’atteint en effet pas la surface terrestre, bloqué par les nuages.
Les campagnes
Trois campagnes d’observation ont eu lieu : en 2015 et 2019 à Timmins au Canada pour observer les régions du ciel visibles depuis l’hémisphère nord, et en 2018 à Alice Springs en Australie, qui présente un ciel différent. Ce vol a atteint 40 km d’altitude et a duré plus de 33 heures.
Le télescope de 520 kg a été embarqué sous un ballon stratosphérique ouvert de 800 000 m3.
RĂ©sultats
La mission a permis de mesurer l’intensité et la polarisation du rayonnement des minuscules grains présents dans le milieu interstellaire galactique, et leurs propriétés magnétiques – ces particules s’orientant naturellement selon les lignes du champ magnétique de la galaxie. PILOT a ainsi notamment permis de réaliser des cartes du champ magnétique de notre galaxie.
Organisation
Le CNES a assuré le financement, la maîtrise d'ouvrage ainsi que le développement de la nacelle. L’IRAP est responsable du développement de l’instrument, avec le support du CNES.
Autres partenaires : CNRS, CEA, La Sapienza de l'Université de Rome (Italie), Université de Cardiff (Pays de Galles)
Liens utiles
Instrument scientifique PILOT de L'IRAP
Contacts
Responsable Thématique Astronomie, Astrophysique du CNES
Philippe LAUDET
Courriel : philippe.laudet at cnes.fr
Objectif
Le projet franco-américain CONCORDIAS-2010 vise à mieux comprendre le climat de l’Antarctique, région particulièrement sensible au dérèglement climatique, et notamment la diminution hivernale de la couche d’ozone stratosphérique polaire.
Les campagnes
18 ballons stratosphériques de longue durée ont été lâchés depuis la base américaine de Mac Murdo, en septembre et octobre 2010. Ils ont survolé l’Antarctique pendant plusieurs semaines voire mois, à une altitude constante de 20 km. À bord de leur nacelle : plusieurs capteurs développés spécifiquement pour l’analyse en continu de la concentration en ozone ou des mécanismes de formation des nuages dans la stratosphère.
De plus, de petites sondes (dropsondes) embarquées et lâchées à des moments précis ont recueilli des données sur les vents et l’humidité, tout au long de leur descente sous parachute. Les mesures de ces sondes ont par ailleurs été comparées, pour validation des traitements, à celles prises aux mêmes moments par l’instrument IASI développé par le CNES et embarqué, lui, sur un satellite.
Liens utiles
Objectif
FIREBall (Faint Intergalactic Redshifted Emission Balloon) est une expérience franco-américaine conçue pour détecter la très faible émission de la matière intergalactique, à l’aide d’un télescope (1m d’ouverture) et d’un spectrographe d’absorption dans l’ultraviolet.
Les campagnes
Les instruments ont été embarqués sous BSO lors de quatre vols en 2007, 2009, 2018 et 2023 (au Texas et au Nouveau-Mexique, USA). D’importantes modifications ont été apportées à la nacelle et à l’instrument, à la suite des deux premiers lâchers, pour améliorer la sensibilité du dispositif. La matière intergalactique, du gaz principalement, étant extrêmement peu dense.
Organisation
Le projet FIREBall est piloté par le CALTECH (California Institute of Technology, Université privée américaine), les vols étant quant à eux assurés par la NASA. Les partenaires français sont le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, qui possède une grande expertise dans le domaine de l’astronomie UV sous ballon, et le CNES, expert dans le domaine des nacelles pointées.
L’équipe CNES est responsable de la fourniture de la nacelle pointée, et le LAM, du spectrographe complet.
Liens utiles
Contacts
Chef de projet, CNES
Nicolas BRAY
Courriel : nicolas.bray at cnes.fr
Responsable de la thématique Sciences de l’Univers
Olivier LAMARLE
Courriel : olivier.lamarle at cnes.fr
Le saviez-vous ?
Un trou de moins d’un millimètre sur un ballon Stratéole-2 diminue la durée de vol d’un mois.
