Par un apres-midi de fin juillet 2026, un avion de recherche ER-2 de la NASA a decolle de Great Falls, dans le Montana, a gravi une altitude de 21 kilometres (13 miles), et a pointe son nez vers la fumee d’incendie qui bouillonnait au-dessus du paysage de l’Oregon. L’avion ne transportait ni passagers, ni masques a oxygene, ni vitres de cockpit. Ce qu’il transportait etait une charge utile d’instruments atmospheriques concus pour faire quelque chose qui n’a presque jamais ete fait auparavant: voler deliberement et directement dans un nuage de feu pyrocumulonimbus.
La mission s’appelle INSPYRE: l’experimentation INjected Smoke and PYRocumulonimbus (INSPYRE), et elle represente un changement fondamental dans la maniere dont la science atmospherique aborde ces monstrueux orages cracheurs de feu. Apres des decennies a traiter les rencontres avec les pyroCb comme des accidents de timing et de geographie, les chercheurs partent enfin a la chasse.
Un point de donnee
Le probleme avec les pyrocumulonimbus n’est pas que les scientifiques ne savent pas qu’ils sont importants. C’est qu’ils n’ont essentiellement aucune donnee directe sur leur fonctionnement. Dans toute l’histoire de la science atmospherique, un seul echantillon de fumee fraiche a ete collecte dans la stratosphere au-dessus d’un pyroCb actif. Un. Chaque autre mesure provient de tests d’opportunite: des avions qui se trouvaient a proximite tout en volant pour des raisons entierement differentes, captant les gaz d’echappement d’une tempete de feu par coincidence plutot que par conception.
Cette rarete est remarquable car les pyroCb sont parmi les phenomenes les plus energetiques de la planete. Lorsqu’un incendie de foret devient assez intense, il cree son propre systeme meteorologique. La chaleur genere un nuage d’orage imposant qui peut percer la tropopause: la frontiere entre la basse et la haute atmosphere, et injecter de la fumee, des cendres et des gaz traces directement dans la stratosphere a des altitudes de 10 a 50 kilometres (6 a 31 miles). Une fois la-haut, la matiere ne se precipite pas. Elle se propage a travers le globe, persistant des mois a des annees, erodant la couche d’ozone, diminuant la lumiere solaire et modifiant la chimie atmospherique a l’echelle planetaire.
Une etude de 2023 dans Science Advances menee par Feiqin Li et ses collegues a demontre que les panaches de fumee des pyroCb modifient le budget radiatif de la haute atmosphere d’une maniere que les modeles climatiques ne capturent pas. La saison des incendies australiens de 2019-2020 a produit des evenements pyroCb qui ont injecte autant de fumee dans la stratosphere qu’une eruption volcanique moderee, avec des effets sur les temperatures et la circulation stratospheriques qui ont persiste pendant plus d’un an.
Pourtant, malgre toute leur puissance, les pyroCb restent absents des modeles operationnels de prevision meteorologique et climatique. Ce n’est pas un oubli. C’est un probleme de donnees. Sans mesures de ce qui entre dans un pyroCb, de la maniere dont il s’organise, et de ce qui controle s’il penetre la stratosphere, les modelisateurs n’ont rien a parametrer.
La lacune des previsions
David Peterson, le meteorologue du Naval Research Laboratory qui dirige INSPYRE, a identifie ce qu’on pourrait appeler un angle mort a l’intersection de la science des incendies et de la science atmospherique. Les modeles meteorologiques operationnels ne tiennent pas du tout compte de l’injection de fumee par les pyroCb. Lorsque la fumee d’une grande tempete de feu entre dans la haute atmosphere, ces modeles perdent leur capacite a predire les schemas de temperature, de vent et de precipitations dans la region touchee. La Marine a un interet direct a combler cette lacune car les panaches de fumee aux altitudes de vol creent des dangers pour l’aviation militaire et degradent les performances des systemes de navigation et de communication par satellite.
Les questions fondamentales auxquelles INSPYRE est concu pour repondre sont d’une simplicite trompeuse. Quels incendies produisent des pyroCb, et pourquoi? Deux incendies de foret brulant dans le meme paysage dans des conditions apparemment similaires peuvent se comporter completement differemment: l’un reste au sol, l’autre construit son propre nuage d’orage. Quel est le point de bascule? Deuxiemement, qu’est-ce qui determine si un pyroCb donne injecte de la fumee dans la stratosphere? De nombreux nuages de feu s’elevent mais s’effondrent avant de percer la tropopause. Ceux qui y parviennent sont rares, et la difference entre l’echec et l’injection stratospherique peut se resumer a des details specifiques de la microphysique des nuages que personne n’a mesures en temps reel. Troisiemement, une fois que cette fumee est dans la stratosphere, comment modifie-t-elle la composition et le budget radiatif de la haute atmosphere?
Deux avions, une tempete
Pour repondre a ces questions, INSPYRE deploye deux avions complementaires. L’ER-2, un derive civil de l’avion espion U-2, opere a la limite meme de la stratosphere. Volant au-dessus de 21 kilometres (13 miles), il peut survoler un pyroCb en developpement par le haut, echantillonnant le panache de sortie alors qu’il se repand dans la stratosphere. En dessous, le Gulfstream V de la NSF/NCAR traverse directement le nuage a des altitudes plus basses, mesurant la composition des aerosols, les concentrations de gaz et les proprietes des nuages a l’interieur meme de la tempete de feu.
L’approche a deux niveaux est deliberee. L’ER-2 voit ce qui entre dans la stratosphere; le Gulfstream V voit ce qui se passe a l’interieur de la tempete. Ensemble, ils donnent aux chercheurs le profil vertical d’un pyroCb de sa base a son enclume, quelque chose qui n’a jamais ete realise.
Au sol, une equipe dirigee par l’Universite du Nevada, Reno exploite des systemes radar et lidar mobiles deployes pres des incendies actifs. Ces instruments suivent l’evolution du panache par le bas, mesurant la vitesse des courants ascendants, la hauteur du sommet des nuages et la retrodiffusion des aerosols: des donnees qui ancrent les mesures aeriennes aux conditions de surface.
La phase de terrain 2026 se deroule jusqu’au 10 septembre, basee dans le Colorado avec des sites avances dans le Montana. Une serie supplementaire de travaux de terrain est prevue pour 2027, permettant a l’equipe d’echantillonner les incendies sur plusieurs saisons et regions geographiques.
Des tempetes qui se nourrissent elles-memes
Ce qui rend les pyroCb scientifiquement fascinants, c’est qu’ils ne sont pas des produits passifs d’un incendie de foret. Ils deviennent des participants actifs. Un pyroCb mature genere ses propres eclairs, qui peuvent allumer de nouveaux incendies a des kilometres en avant du front de flamme principal. Il produit de puissants courants ascendants qui aspirent plus d’oxygene et accelerent la combustion en dessous. Il peut generer des tourbillons de feu: des vortex de flamme et de cendres semblables a des tornades qui se deplacent de maniere erratique et defient toute prevision.
Cette boucle de retroaction a des implications qui s’etendent bien au-dela de la zone d’incendie immediate. Les incendies australiens de 2019-2020 ont produit un pyroCb qui a envoye un panache de fumee dans la stratosphere qui a fait le tour du globe et a persiste pendant plus d’un an. Les mesures satellitaires ont montre que le panache a epuise l’ozone dans la stratosphere des latitudes moyennes de plusieurs pour cent, comparable a l’effet d’une petite eruption volcanique.
Une science deliberee
Le passage de l’echantillonnage opportuniste a la science de campagne deliberee est l’histoire d’INSPYRE. La mission a ete concue non pas parce que quelqu’un est tombe sur un pyroCb avec le bon ensemble d’instruments au bon moment, mais parce que les chercheurs ont identifie la lacune de donnees et ont construit un programme specifiquement pour la combler. Les avions ont ete selectionnes non pas pour leur disponibilite mais pour leur adequation. Les charges utiles d’instruments ont ete concues a partir de zero pour resister aux conditions extremes a l’interieur d’un nuage de feu.
Les resultats ne viendront pas rapidement. Les donnees des vols ER-2 et Gulfstream V prendront des mois a calibrer et analyser. Mais l’objectif est clair: remplacer ce seul point de donnee par un ensemble d’echantillons statistiquement significatif.
Pour la Marine, pour l’industrie aeronautique, pour les climatologues essayant de comprendre comment la stratosphere change, et pour quiconque vit dans un paysage ou les saisons des incendies deviennent plus longues et plus extremes, le travail ne peut pas arriver assez tot.
Traduit par Lydie