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CNES GEIPAN

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Volume n° 1

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ETUDE SUR LA DETECTION DES PHENOMENES AEROSPATIAUX RARES

Contrat n° 82/CNES/0758
Rapport Final (5 volumes)
Préparé par : F. Louange
Volume n°
I. PRESENTATION DU PROBLEME
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1.1 Les phénomènes aérospatiaux rares
I.2. Themes de réflexion
I.3. Organisation pratique de l'étude
II. LA SITUATION EN FRANCE
111 Organismes contactés
II.2 Techniques de détection
II.3. Phénomènes concernés
II.4. ANNEXE : comptes-rendus de visites en France
2
III. LA SITUATION DANS LE MONDE
111.1. Prises de contact
III.2. Détection de la foudre
III.3. Détection des météores
III.4. Détection des satellites
III.5. ANNEXE : correspondances et visites à l'étranger
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IV. SOLUTIONS PROPOSEES
IV.1. Utilisation de systèmes existants
IV.2. Etude d'un système original de détection optique

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1.1. Les phénomènes Aérospatiaux Rares.

Depuis sa création en 1977, le GEPAN a développé et mis au point des méthodes originales de collecte et de traitement des informations contenues dans les témoignages sur les "Phénomènes Aérospatiaux Non-identifiés". Le caractère éminemment pluridisciplinaire de cette démarche est parfaitement illustré par le modèle tétraédrique introduit en 1981 (réf.(1) p.8, réf.(2) p.10). Les données ainsi élaborées sont révélées tout-à-fait exploitables pour une recherche scientifique, non seulement dans le cas de phénomènes difficiles ou impossibles à identifier, mais aussi lorsque les événements relatés par les témoins concernaient des effets méconnus de phénomènes "classiques" (par exemple, l'action d'un coup de foudre au sol sur l'environnement végétal).

En fait, le champ d'application de la méthodologie mise au point par le GEPAN permet de définir une classe de phénomènes plus vaste que les seuls non-identifiés, et très diversifiée quant à leur nature physique : les Phénomènes Aéro-spatiaux Rares. Il s'agit de phénomènes aérospatiaux fugitifs, imprévisibles et généralement non reproductibles, dont certains sont déjà connus et étudiés (foudre, météores), d'autres restant probablement à expliquer.

La communauté d'intérêts entre les chercheurs concernés par certains phénomènes rares et le GEPAN, déjà pressentie par le Conseil Scientifique du GEPAN en 1978 (réf.(3) para.2.1), a naturellement conduit à reposer le problème de la détection instrumentale. En effet, si l'idée de réaliser une station de détection des phénomènes non-identifiés (permettant de s'affranchir de l'aspect subjectif des témoignages) n'est pas nouvelle, elle s'est toujours heurtée au problème insoluble que pose la justification d'investissements non négligeables en l'absence d'une stratégie de recherche bien définie et d'une évaluation de la probabilité de réussite. En revanche,

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dans la mesure où un tel système serait conçu pour fournir des données utiles à un ensemble d'utilisateurs, dont certains savent définir exactement leurs besoins, il pourrait faire l'objet de spécifications précises et justifiées. A l'appui de cette idée, il faut rappeler la constatation faite par le GEPAN au cours de plusieurs enquêtes qu'il n'existe actuellement en France aucun moyen de surveillance systématique du ciel (en dehors des radars), contrairement à plusieurs pays de l'est et de l'ouest.

Le GEPAN, encouragé par son Conseil Scientifique (réf.(4)), s'est donc engagé en 1982 dans cette nouvelle voie. La première étape, qui fait l'objet du présent rapport, consistait à évaluer la situation actuelle en France et à l'étranger en matière de détection de phénomènes aérospatiaux rares, puis à formuler des propositions concrêtes tenant compte à la fois de l'ensemble des besoins et des réalisations existantes ou déjà envisagées pour l'avenir.

I.2. Thèmes de réflexion.

Les travaux prévus au titre du contrat (lots 1 et 2) s'organisaient autour des six thèmes de réflexion suivants :

$ \underline{\text{Thème 1}} $ : Recensement des organismes français concernés et de leurs moyens de détection, avec leurs caractéristiques de fonctionnement,

Thème 2 : Prospection des idées et des projets de systèmes de détection susceptibles d'être mis en jeu dans l'avenir.

Thème 3 : Prise de contact avec des organismes étrangers

faisant de la détection de phénomènes rares (ré-

seaux de détection de la foudre, des méteores).

Thème 4 : Recensement des organismes français susceptibles

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de bénéficier des données issues d'un système de détection.

Thème 5 : Examen des possibilités techniques d'adaptation des systèmes existants ou en cours de développement.

Thème 6 : Proposition technique pour développer des moyens nouveaux compétitifs avec les réalisations étrangères.

L'étude des thèmes 1, 2 et 4 impliquait des prises de contact avec tous les organismes français susceptibles d'être concernés, tandis que le thème 3 conduisait à une recherche des pays où des systèmes de détection systématique fonctionnaient ou avaient fonctionné,

Les thèmes 5 et 6, abordés ultérieurement, correspondaient à un travail de spécification technique de besoins et de définition préliminaire pour un dispositif de détection. La nécessité d'envisager un recours à des technologies de pointe (thème 6) a conduit à organiser des rencontres avec certains spécialistes.

I.3. Organisation pratique de l'étude.

En raison du nombre important de contacts à prendre, le travail a été partagé entre M. Esterle, chef du GEPAN, et M. Louange, auteur de ce rapport. Sur le territoire français, M. Esterle s'est chargé de la région de Toulouse, tandis que sur le plan international, il a mis à profit une mission aux Etats-Unis pour rencontrer les interlocuteurs américains. Ces visites se sont déroulées jusqu'en Octobre 1982.

Pour effectuer une prospection des laboratoires et organismes français, deux sources principales d'information ont été utilisées :

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les contacts déjà existants avec le GEPAN, que ce soit par l'intermédiaire du Conseil Scientifique, d'accords sur des procédures d'échange d'information, ou d'autres motifs.

Le premier contact était généralement pris par téléphone, et en cas d'intérêt réciproque à approfondir les échanges d'information, une rencontre était organisée. En dehors de la région de Toulouse, la plupart des interlocuteurs se trouvaient dans le bassin parisien, Cependant, un ensemble de laboratoires intéressants installés le long de la côte méditerranéenne a fait l'objet d'une mission groupée au début d'Octobre.

Les contacts pris avec l'étranger sont généralement restés sur le plan épistolaire, et, en dehors du voyage de M. Esterle aux Etats-Unis, une seule mission a été organisée, en Tchécoslovaquie, pour rencontrer le plus grand spécialiste mondial de la détection optique des météores.

Chaque conversation téléphonique et chaque visite a donné lieu à la rédaction d'un compte-rendu, qui s'inscrivait avec un numéro et sous le thème "détection" dans le système général de gestion des comptes-rendus de visites du GEPAN. Les rapports concernant la détection en France et à l'étranger sont fournis respectivement dans les volumes n° 2 et 4. Certains d'entre eux comportent des annexes classifiées "Confidentiel Défense", qui sont regroupées dans le volume n° 2.

L'étude du thème 6 a été entreprise un peu en avance de phase, en raison de l'intérêt potentiel évident d'une solution faisant appel à des technologies récentes d'opto-électronique et de traitement de séquences d'images en temps réel, Le sujet a pu être abordé grâce à la visite de quelques laboratoires spécialisés et à la période initiale de stage qu'ont effectuée en Septembre, dans les locaux de l'ETCA, deux élèves ingénieurs de dernière année de l'ENSTA.

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Ce chapitre présente la synthèse des informations recueillies en France sur les thèmes de réflexion 1, 2 et 4. Ces informations sont classées successivement selon trois critères distincts : les organismes contactés, les différentes techniques de détection, et les types de phénomènes auxquels s'applique la détection ou auxquels s'intéressent les organismes. L'annexe (volume n° 2) contient tous les comptes-rendus de visite du GEPAN concernant le thème "détection" en France (47 en tout, dont 11 de M. Esterle).

11.1 Organismes contactés.

Ⅱ_1_1_1_

L'aviation civile est évidemment très concernée par l'espace aérien et sa surveillance, et les radars qu'elle utilise semblaient à priori pouvoir constituer un bon moyen de détection systématique des phénomènes aérospatiaux rares. Plusieurs contacts ont donc été pris pour approfondir cette question (cf. CR 12/0482, 18/0582, 44/0682).

En premier lieu, les matériels embarqués ont été rapidement éliminés, pour la raison suivante : s'il est vrai que les advions et les hélicoptères civils sont équipés de radars naé- téorologiques pour détecter les orages (cumulo-nimbus), ceux-ci ne sont utilisés qu'épisodiquement et d'une façon facultative par les pilotes, et ils ne font l'objet d'aucun enregistrement (sauf sur quelques prototypes). Ces instruments, qui par ailleurs peuvent être utiles dans le cas de témoignages fortuits de pilotes, ne présentent donc pas d'intérêt dans l'optique d'une détection systématique.

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En ce qui concerne le réseau de couverture radar au sol, il faut distinguer deux modes d'exploitation correspondant respectivement à deux types de radars :

L'aviation civile dispose de 5 Centres Régionaux de Navigation Aérienne (Bordeaux, Paris, Brest, Aix-en-Provence, Reims), équipés de radars primaires et secondaires. Ces centres sont étroitement interconnectés et reliés à leurs homologues militaires, mais uniquement au niveau des données synthétiques issues des radars secondaires (pistes), l'ensemble étant géré par un système informatique appelé CAUTRA (réf.(6)) qui coordonne tout le trafic aérien civil, Les données des radars primaires ne sont réellement prises en compte par les opérateurs civils qu'en cas de conflit, d'enquête à posteriori, etc...

Etant donné que seuls les radars primaires sont par nature susceptibles de détecter la présence de phénomènes ou d'objets inattendus dans l'espace aérien, on voit que le réseau de couverture radar de l'aviation civile et son système informatique associé CAUTRA IV ne sont pas du tout adaptés à une détection à caractère systématique des phénomènes rares.

On peut noter par ailleurs que des expérimentations sont en cours pour doter les futurs radars d'une "voie nuages" fournissant des données météorologiques auxiliaires, dans le but d'améliorer le confort des pilotes (la France semble en retard dans ce domaine). La foudre est une source de problèmes pour la navigation aérienne, en particulier à cause des foudroements d'antennes radar; cependant, l'exploitation opérationnelle 24 heures sur 24 en toutes circonstances rend pratiquement sans intérêt la prédiction des orages, et les seuls

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progrès attendus dans le domaine concernent la protection des équipements.

Ⅱ₁₂. L'aviation militaire.

Plus encore que l'aviation civile, l'armée de l'air doit se tenir constamment prête à réagir à l'apparition d'un objet quelconque dans l'espace aérien national. Elle dispose à cet effet d'un réseau de couverture radar et d'un système informatique associé appelé STRIDA, qui ont fait l'objet de plusieurs rencontres et de la visite d'un centre opérationnel (cf. CR 34/0582, 40/0682, 47/0682).

Le système STRIDA permet de localiser et de poursuivre toute cible dont les principales caractéristiques (taille, altitude, vitesse,...) sont comprises dans certaines fourchettes pré-établies. Il met en jeu des radars spécialisés fonctionnant dans plusieurs bandes de fréquence, et utilise également les données fournies par les radars d'aérodromes et par le réseau de l'aviation civile (système CAUTRA). Fortement redondant, ce système s'appuie largement sur des outils informatiques, en particulier pour la fonction d'extraction des "pistes synthétiques" (vecteur associé à toute cible détectée) et pour la poursuite. La description du système complet, qui fait l'objet d'une classification de niveau "Confidential Défense", est donné dans les comptes-rendus du volume n° 2.

D'une façon synthétique, il faut retenir que le fonctionnement de routine (24 heures sur 24) de ce système repose pressqu'uniquement sur la gestion de pistes synthétiques, qui ne concernent par définition qu'une classe de cibles particulière. La détection d'un phénomène rare ou d'un objet très différent d'un avion est donc possible (les outils existent, à la disposition des opérateurs), mais serait plus aléatoire que systématique.

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En revanche, la prochaine génération de moyens informatiques pour STRIDA, actuellement en cours de développement, permet-tra une détection beaucoup plus large et systématique de l'environnement électromagnétique. Il paraft donc particuli-rement intéressant pour le GEPAN de suivre ces développement (thèmes 2 et 5, cf. para. IV.1.).

II.13. La Météorologie Nationale

L'application principale de la météorologie est la prévision du temps (réf.(7)). En partant d'une connaissance aussi pré-cise et récente que possible de l'état de l'atmosphère, il s'agit d'appliquer une bonne extrapolation à l'aide d'un mo-

dèle suivant les lois de la thermodynamique et de la mécanique des fluides. La masse atmosphérique représente $5 \times 10^{18}$ Kg d'air en mouvement autour de la terre, et fait l'objet de me-

sures en surface et en altitude.

Les stations d'observation au sol effectuent des mesures "classiques" (température, humidité, ensoleillement, précipitations, vitesse du vent,...) qui sont acheminées par un réseau de transmissions, et sont échangées entre pays selon des standards bien établis. Les mesures en altitude comportent les radiosondages (lâchers réguliers de ballons emportant des capteurs et des émetteurs) et les mesures radar. Il faut également mentionner les images obtenues pour différentes longueurs d'ondes par les satellites météorologiques.

En dehors de toutes ses activités opérationnelles, la Météo-

rologie Nationale effectue des recherches variées dans le ca-

dre de l'EERM (Etablissement d'Etudes et de Recherche de la

Météo). Pour mieux connaître les activités de la Météo, en

particulier dans le domaine de la télédétection, plusieurs

visites ont été organisées (cf, CR 01/1181, 03/1181, 31/0582).

De toutes les informations recueillies, il ressort un certain nombre de points d'un intérêt direct pour la présente étude :

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Radar 10 cm (MELODI) de type panoramique, pour la localisation et la mesure d'intensité des précipitations,

Radar 3 cm panoramique pour la localisation des précipitations.

Radar 5 cm (RODIN) panoramique, pour la détection, la localisation et la quantification des zones de précipitation.

Radar mobile 3 am (ZEPHYR), pour la poursuite de ballons-sondes dans les basses couches de l'atmosphère.

Il est prévu d'équiper toutes les stations d'un radar RODIN, de façon à couvrir toute la France, et de regrouper les données à l'aide d'un réseau de transmission. Une des applications consistera à réaliser des animations du même type que celles fabriquées à partir d'images satellites.

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Ⅱ_14. - La Défense Nationale

Indépendamment de l'armée de l'air, citée précédemment, plusieurs organismes travaillant pour la Défense Nationale ont été contactés. Le point d'entrée principal a été le SGDN (Secrétariat Général de la Défense Nationale), organisme interministériel dépendant du Premier Ministre dont la vocation est la protection civile. Une visite au Bureau des Affaires Scientifiques et Technique (cf, CR 15/0482), qui assure une veille technique dans tous les domaines susceptibles de concerner la Défense, à permis dans un premier temps de s'intéresser au LDG et à l'ETCA sur le thème de la détection nucléaire. Une seconde visite (cf, CR 41/0682) a permis de savoir ce qui pouvait le cas échéant intéresser la! DRET.

Une visite au LDG (Laboratoire de Détection et de Géophysique du Commissariat à l'Energie Atomique) a été l'occasion d'une présentation des réseaux de détection dont dispose la Division des Applications Militairees du CEA. Les performances et les modes d'exploitation des équipements sont décrits dans l'annexe classifiée du CR 51/0782 (cf. vol. 21). En tout état de cause, il semble que seule l'expérience acquise en détection électromagnétique puisse présenter un intérêt

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direct pour le projet du GEPAN (application à la foudre).

Un entretien avec une personne de l'ETCA (Etablissement Technique Central de l'Armement) travaillant en relation avec la DTEn (Direction Technique des Engins) a eu pour thème centrales satellites artificiels. Ceux-ci pouvant en effet être assimilés, par continuité, à des phénomènes spatiaux rares, il s'agissait de savoir quel intérêt présentait pour la Défense la surveillance des satellites, quelques étaient les réalisations connues dans ce domaine, etc... Le compte-rendu classifié correspondant (cf. CR 48/0682) figure dans le volume 2', et la conclusion générale est qu'un système de surveillance des satellites pourrait être jugé intéressant par les militaires.

$$ \begin{array}{l}\mathrm{II}\bullet1\bullet5\bullet\mathrm{L}^{\prime}\mathrm{O}\bullet\mathrm{N}\bullet\mathrm{E}\bullet\mathrm{R}\bullet\mathrm{A}\bullet\end{array} $$

L'Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales effectue de nombreux travaux de recherche au profit des &tablissements de la Défense. En particulier, il existe à Meudon un groupe de chercheurs qui étudie la foudre (contrats avec la DRET sur le foudroisement des avions), et dont le responsable, M. Boulay, est un spécialiste reconnu dans ce domaine. Deux visites ont donc été organisées à l'ONERA (cf. CR 08/1281 et 45/0682) dans le but de faire le point sur la détection de la foudre.

De plus en plus d'organismes ont besoin de détecter la foudre, compte tenu des dégâts qu'elle cause sur les équipements (antennes, pylônes, aéronefs, stations de mesure,...). L'objectif est de pouvoir mettre en service à temps des dispositifs de protection (au minimum : mise hors tension). La détection peut être faite à deux échelles :

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Dans ce domaine, un matériel américain s'est imposé sur le marché : le LLP (Lightning Location and Protection, inc.), vendu "clé en main" pour environ 300 KF. Ce système comporte deux antennas et un calculateur, et il permet de localiser un orange tout en suivant ses phases d'évolution. L'ONERA compte s'en équiper.

Une présentation des études menées sur les phénomènes d'électricité atmosphérique pour le compte de la Défense (par l'intermédiaire de la DRET et de la DTCA) fait l'objet d'un numéro de la revue "L'armement" (réf. (8)). En dehors des études fondamentales sur les mécanismes des phénomènes et des expérimentations pratiques de dispositifs destinés à la protection contre le foudroirement, on y trouve une présentation des campagnes de mesures effectuées à Saint-Privat d'Allier avec le CEA, l'EDF et le CNET, à Socorro (Nouveau-Mexique) dans le cadre du programme TRIP (Thunderstorm Research International Program), et en Côte d'Ivoire dans le cadre du programme COPT (Covection Profonde Tropicale), au-quel participent de nombreux laboratoires français.

Ce sont ces campagnes de mesures qui concernent le plus directement l'étude du GEPAN sur la détection, dans la mesure où elles visent à mieux connaître la "signature" du phéno-mène foudre dans divers domaines (rayonnements électromagnétiques, champs électriques au sol, optique, acoustique,...). Le programme TRIP associe l'USAF, la NASA et des universités américaines avec l'ONERA. Le programme COPT associe d'une part le CRPE, l'EERM, le LAMP, l'IOPG, le LMD pour la modé-lisation des phénomènes thermodynamiques et dynamiques, et d'autre part le LPA de Toulouse, l'université d'Abidjan, le CNET et l'ONERA pour l'étude des problèmes électriques. Les travaux du CNET sur les effets à distance de la foudre font l'objet d'un récent article (réf. (9)).

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Bien que des études soient menées à l'étranger sur d'autres voies (par exemple acoustique au Texas), il apparaît que les modes de détection les plus prometteurs en France sont les rayonnements électromagnétiques et l'optique. L'ONERA doit publier vers la fin de 1982 les résultats de travaux mettant simultanément en jeu une caméra céleste à grand champ et des moyens de détection électromagnétique et d'analyse spectrale, l'ensemble permettant une localisation de la source à 1 ps près. On peut noter par ailleurs que les projets spatiaux so-viétiques VENERA permettent d'étudier par voie optique les éclairs sur la planète Vénus.

Quel que soit le mode (ou les modes) de détection retenu, la question que doit se poser le GEPAN est la suivante : "Que pourrait apporter une station ou un réseau de stations de détection de phénomènes aérospatiaux rares en matière d'électricité atmosphérique?". A l'issue des entretiens tenus avec les spécialistes de l'ONERA, une réponse en deux points se dégage :

En effet, la complexité et la rapidité des phénomènes mis en jeu (l'analyse des précurseurs nécessite une résolution temporelle de l'ordre de quelques nanosecondes) fait que les appareillages spécifiques et coûteux qui répondent aux besoins ne peuvent être installés que sur des sites expérimentaux très spécialisés. C'est cette notion de rentabilité qui a conduit l'ONERA à délaisser le site de Saint-Privat d'Allier au profit du Nouveau-Mexique, où l'activité orageuse est bien supérieure.

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Un réseau de stations munies d'un tel système pourrait permettre à la fois une détection à but préventif, et une connaissance plus fine du niveau d'activité orageuse sur le territoire couvert. En effet, la seule mesure existante dans ce domaine est le "niveau kéronique", qui représente le nombre de jours par an au cours desquels on entend au moins une fois le tonnerre depuis le lieu considéré (1).

Quelques grandeurs physiques caractérisant le phénomène "coup de foudre" seront présentées au paragraphe II.3.

$$\mathbb{I}\mathbb{I}\mathbb{I}\mathbb{I}\mathbb{I}6,\ \mathrm{Le}^{-C}\mathrm{R}\mathrm{P}\mathrm{E}$$

Le Centre de Recherches en Physique de l'Environnement terrestre et planétaire est un laboratoire commun au CNET et au CNRS, implanté à Saint-Maur et à Issy-les-Moulineaux. Il a pour vocation l'étude de l'atmosphère neutre et ionisée, décomposée en trois zones :

L'équipe "basse atmosphère" travaille avec des radars Doppler météorologiques (RONSARD) pour étudier les mouvements des nuages (programme COPT en Côte d'Ivoire), et avec des SODARs (sondeurs acoustiques) destinés à l'étude des turbulences nuageuses.

Deux prises de contact avec le CRPE d'Issy-les-Moulineaux (cf. CR 14/0482 et 23/0582) ont permis de passer en revue ces activités (réf. (10)), et surtout de prendre contact avec des spécialistes d'une technique très particulière et potentiellement intéressante pour la détection qu'envisage le GEPAN : le radar météorique

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Les radars météoriques (monostatiques ou bistatiques) ont pour particularité d'utiliser comme cibles les trafinées ionisées créées par les météores qui rentrent dans l'atmosphere. En effet, il rentre en permanence dans la haute atmosphère (80 à 110 Km) des objets météoriques dont le nombre varie en raison inverse de la taille. Un météore "type" a un diamètre de l'ordre du millimètre, et crée une trafnée de plusieurs dizaines de kilomètres de long, essentiellement composée de molécules qui lui ont été arrachées. Il existe un fond continu, à caractère isotrope, auquel se supposent des "averses" en provenance de directions particulières.

Uh radar météorique utilise donc les météores comme traceurs : de type Doppler, il mesure la vitesse radiale des trafinées qui se trouvent dans un plan perpendicularaire à son axe de visée (cas monostatique), ce qui permet, à l'aide d'une mesure de distance complémentaire, de reconstituer les mouvements des vents à haute altitude, les ondes de gravité, etc... De même, dans le cas bistatique, les trafinées dont la géométrie permet une réflexion spéculaire permettent la communication. Les militaires se sont intéressés à cette technique il y a une trentaine d'années, pour établir des liaisons protégées par impulsions courtes, chacune correspondant à la détection d'une trafinée favorable.

Le CRPE a disposé pendant plusieurs années des deux seuls radars météoriques existant en France. Emettant en continu à 30 MHz, avec une ouverture de 20°, ils avaient une puissance de l'ordre de 4 kW qui leur permettait de détecter entre 200 et 400 événements par heure (critères de rejet déchos assez sévères appliqués systématiquement par mini-ordinateur couplé).

Destinés principalement à l'étude de l'atmosphère (les mé-

téores ne jouant qu'un rôle de traceurs), ces radars ont ce-

pendant servi à certains chercheurs du CRPE, et en particu-

lier à M. Delcourt, pour faire des études sur les trajec-

toires des météores (réf. (11)).

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$$\mathbb{I}\mathbb{I}^{-1}\mathbb{I}\mathbb{I}^{-7}\mathbb{L}\mathbb{E}\mathbb{C}\mathbb{N}\mathbb{R}\mathbb{S}$$ = \underline { \text{Section VII}}.

I²t Section VII du Comité National de la Recherche Scientifique a pour thème d'études : Astronomie et Environnement plannétaire. Sept des laboratoires (ou équipes) qui la composent ont été contactés à divers titres, et une mission groupée a permis de visiter les quatre qui sont installés le long de la côte méditerranéenne.

■ Une rencontre avec un chercheur du Service d'Aéronomie de Verrières-le-Buisson (cf. CR 30/0582) a permis de passer en revue les activités de ce laboratoire propre du CNRS, On re-tiendra en particulier, pour la détection, les compétences en photographie infra-rouge et en spectrométrie (participation à de nombreux projets spatiaux).

Le Laboratoire d'Astronomie Spatiale de Marseille est spécialisé dans les systèmes optiques à très grand champ, ce qui le distingue des autres laboratoires astronomiques contactés.

Un premier appel téléphonique et une visite approfondie (cf. CR 53/0782 et 66/1082) ont permis de faire le tour des laboratoires et de la bibliothèque (réf.(12) et (13)), et de constater que le LAS possède toutes les compétences qui seront requises si le GEPAN décide l'étude d'un système de détection optique : optiques grand angle dans toutes les gammes de fréquences (de l'IR à l'UV), composants opto-électroniques (capteurs CCD, etc., ), design de systèmes compacts.

Un troisième laboratoire propre du CNRS a été contacté à plusieurs reprises : le Centre d'Étude Spatiale des Rayonnements de Toulouse (cf. CR 36/0582, 60/0982, 68/1082). En effet, une expérimentation très proche des préoccupations du GEPAN y a été réalisée, dans le but de mettre en évidence une corrélation entre les sursauts gamma de certaines étoiles et des éclairs optiques (dont l'existence n'a jamais été démontrée). Les sursauts gamma étant enregistrés par la sonde soviétique VENERA, M. Hurley a effectué pendant l'été une campagne de prises de vues à l'aide d'une caméra de type video à grand champ (tube WOCTICON, ouverture de 105°), au Pic du Midi,

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Cette caméra TELEPHOT (réf.(14)), qui permet de détecter toute source lumineuse jusqu'à la magnitude 6, a donc permis d'accumuler 180 heures d'enregistrement sous forme de vidéo-cassettes, qui seront consultées au coup par coup en fonction des sursauts gamma identifiés par ailleurs,

Les relations établies avec le CESR par le GEPAN ont au moins quatre conséquences dans le domaine de la détection des phénomènes rares :

Le CERGA (Centre d'Etudes et de Recherches Géodynamiques et Astronomiques) est un laboratoire associé installé à Grasse et sur le plateau de Calern. Après un premier contact par téléphone, une visite a été organisée (cf. CR 33/0582 et 64/1082). Les différents instruments spécialisés qu'utilise

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le CERGA (interféromètres optique et infra-rouge, télémetrie LASER-satellites géodésiques et LASER-lune,...) ne présentent pas d'intérêt direct pour la détection des phénomènes rares, sauf peut-être le téléscope de Schmidt, qui représente une solution classique au problème que pose la conciliation d'un grand diamètre d'ouverture avec un champ angulaire assez important (jusqu'à 20°)(réf.(15)).

Il faut cependant retenir certaines compétences particuli-res présentes au CHRA (composants opto-électroniques, astronomie des météores,...), ainsi que l'expérience de la gestion d'instruments complexes dans un environnement naturel hostile.

L'équipe de recherche associée da $ \underline{\text{CEPHAG}} $ (Centre d'Etudes des Phénomènes Aléatoires de Grenoble) a été contactée par télé-phone (cf. CR 28/0582), et a fourni les coordonnées de certains autres laboratoires intéressants à consulter.

Le LSEET (Laboratoire de Sondages Electromagnétiques de l'Environnement Terrestre) de Toulon constitue une équipe de recherche associée qui étudie les interactions des ondes électromagnétiques avec les milieux naturels inhomogènes (atmosphère, ionosphère, océans). Au cours des entretiens avec les dirigeants du LSEET (cf. CR 54/0782 et 65/1082), il est apparu que cette équipe possédait une grande expérience de toutes les "anomalies" de propagation liées à des phénomènes ionosphériques ou au guidage troposphérique.

Le radar ST (Stratosphère-Troosphère) dont s'occupe M. Crochet permet d'effectuer des radiosondages verticaux rapides et précis (par rapport aux lâchers de ballons-sondes), à l'aide d'une "forêt" d'antennes disposées au sol émettant à 50 MHz par impulsions de quelques μs à 100 KW (récurrence à 1 KHz). Par opposition à d'autres procédés, il fonctionne en "air clair" en mesurant directement les mouvements des vents et des turbuences (traitement numérique en temps réel au pied de l'antenne, par transformation de Fourier du signal reçu).

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Le département d'astrophysique de l'IMSP de Nice (Institut de Mathématiques et de Sciences Physiques) est une équipe de recherche associée qui a pour vocation l'étude optique de phénomènes aléatoires en astrophysique et en physique atmosphérique. Un contact particulièrement utile y a été établi avec M. Vernin (cf. CR 55/0782 et 63/1082), qui étudie la turbulence et les vents dans la troposphère et la stra-tosphère par analyse statistique de la scintillation stellaire.

Le principe des mesures, qui constitue le sujet de la thèse d'état de M. Vernin (réf.(16)), repose sur le fait que la scintillation apparente d'une étoile est le reflet au sol des turbulences qui, en altitude, déforment le front d'onde issu de l'étoile. Ces turbulences se déplaçant typiquement à 20 mm/ms et ayant un temps de cohérence de l'ordre de 20 ms, on effectue des corrélations bidimensionnelles entre des clichés instantanés de l'étoile (pose de 1 ms) décalés de quelques ms pour évaluer le vecteur vitesse du vent. En appliquant la méthode à des étoiles doubles, on peut calculer les altitudes respectives des couches turbulentes (entre 2 et 20 Km), grâce au dédoublement des pics de corrélation (cf. annexe du CR 55/0782).

Indépendamment de son application, le système mis au point à Nice présente un grand intérêt pour le projet de détection du GEPAN en raison des problèmes technologiques qu'à posé sa réalisation : détection opto-électronique très sensible et très rapide (sans rémanence), traitement numérique en temps réel (FFT). Une étude systématique de toutes les solutions possibles a apporté à M. Vernin une expérience assez unique (cf. thème 6, para. IV.2.).

Ⅱ118. Le C N R S. Section XIV.

La Section XIV du CNRS se consacre à la Géophysique, la Géologie interne et la Minéralogie. Au Museum National d'Histoire Naturelle de Paris, le laboratoire associé de Minéralogie

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des Roches Profondes et des Météorites est particulièrement concerné par l'étude des matériaux extraterrestres (météorites). M. Pellas, qui dirige cette activité, est un spécialiste renommé et donc un interlocuteur très qualifié pour les questions se rapportant aux météores et aux météorites. Au cours des deux visites à son laboratoire (cf. CR 11/0182 et 57/0882), il a insisté sur la rareté des météorites authentiques (62 répertoriées en France à ce jour) et donc sur la valeur qu'a à ses yeux toute tentative de détection systématique et de localisation (réf.(17)).

M. Pellas a confirmé qu'il n'existait absolument aucun moyen en France pour surveiller le ciel et calculer des trajectories de méteores. Il a fourni de nombreux renseignements sur les réseaux de détection existant ou ayant existé à l'étranger (U.S.A., Canada, Royaume-Uni, Tchécoslovaquie), qui font l'objet du paragraphe III.3. A propos du "Réseau Européen", que gère le grand spécialiste Ceplecha, M. Pellas a souligné l'intérêt tout particulier qu'il y aurait pour la France à s'y "raccrocher" à l'aide de stations dans le nord-est qui assureraient la continuité avec l'Allemagne Fédérale et la Tchécoslovaquie.

Enfin, M. Pellas insiste beaucoup sur le fait que la localisation et la récupération des météorites (qui l'intéressent particulièrement) ne sont qu'un aspect du problème, et qu'il faudrait intéresser des chercheurs à l'ensemble des phénomènes lumineux qui accompagnent les météores et sont bien plus fréquents que les chutes de météorites au sol.

II.1.9. L'I.N.A.G.

LI Institut Nation& d'Astronomie et de Géophysique est rattaché au CMS, et a pour tâche de coordonner les recherches, d'étudier et de mettre en place les équipements lourds collectifs et de gérer les gros contrats de recherche liés aux activités spatiales.

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Trois des laboratoires associés qui le composent ont été visités au cours de l'étude.

, L'Institut de Physique du Globe de Paris étudie plusieurs disciplines, dont deux pouvaient a priori avoir un rapport avec la détection des phénomènes rares : la sismologie et le géomagnétisme. Ces deux domaines ont donc été abordés avec des spécialistes, au cours de deux visites à l'IPG de Paris (cf. CR 35/0582 et 56/0782).

De même que l'IPG de Strasbourg gère trois réseaux de stations sismologiques (Nice, Fossé Rhénan, Aix), l'IPG de Paris contrôle un réseau à Arette (Pyrénées). Sur 1000 Km², 8 stations à peu près équidistantes sont reliées à un site central oh sont enregistrés les "évènements" (réception simultanée depuis plusieurs stations de signaux significatifs). Ces données dé- jà triées sont acheminées et stockées à Paris, ainsi que les enregistrements bruts sur papier que peuvent produire 5 des 8 stations, Par ailleurs, l'existence de phénomènes lumineux mal expliqués associés aux séismes dans certains pays à forte activité a été évoquée.

En ce qui concerne le géomagnétisme, les activités de l'IPG de Paris se décomposent en trois points :

A l'observatoire de Chambon-la-Foret, le champ magnétique terrestre est enregistré en continu (une mesure par minute), avec une précision de 1 nano-Tesla (= 1 gamma).

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on procède tous les 15 jours à des mesures locales en une vingtaine de points distincts pour "traquer" et mesurer des phénomènes magnétiques locaux.

L'IPG dispose de compétences et de matériels uniques pour les mesures fines de magnétisme, et pourrait éventuellement envisager diverses formes de collaboration. Par ailleurs, la localisation de météorites intéresse son laboratoire de cosmochimie.

■ Un contact a été établi avec l'Observatoire du Pic du Midi et de Toulouse (cf, CR 32/0582), et le directeur M Zahn s'est déclaré favorable à l'implantation d'un système de détection au Pic si le GEPAN le souhaite

Le Centre de Recherches Atmosahérioues Campistrous, près de Lannemezan, dépend de l'Institut et Observatoire de Physique du Globe du Puy-de-Dôme (Clermont-Ferrand). Les différentes recherches sur les nuages et les précipitations qui s'ont menées ont conduit l'équipe chargée de la photogrammétrie à développer des caméras "plein ciel" permettant d'effectuer des prises de vues avec une ouverture de 2 $ ^{er} $ stéradians. Cet instrument inhabituel présentant un intérêt potentiel évident pour une surveillance du ciel, des contacts ont été pris avec M. Dessens à Campistrous (cf, CR 46/0682 et 49/0782).

La caméra plein ciel consiste en un montage dans lequel une caméra classique est suspendue verticalement en visant le bas en direction d'un miroir hémisphérique (fission optique). Parmi les phénomènes observés, on notera les nuages "noctilucents" dhs à la condensation créée par les tirs de fusées, et les feux de Saint-Elme parfois présents après un orage audessus d'une proéminence (mât, tronc d'arbre,...).

D'autre part, un spécialiste de la télédétection active de l'atmosphère, M. Sauvageot (réf. (18)), travaille à Campistrous avec un radar météorologique Doppler 8 mm (développésous contrat DRET).

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II_1_10_. Laboratoires universitaires.

Trois laboratoires universitaires ont fait l'objet de visités au cours de l'étude.

Le Laboratoire de Physique de l'Atmosphère de Toulouse (cf. CR 20/0582) est spécialisé dans l'étude de la physique des nuages et de l'électricité atmosphérique. En particulier, en ce qui concerne la foudre, il collabore avec l'ONERA dans le programme COPT (cf. para. II.1.5.).

Dans le Laboratoire de Physique de l'Exosphère de l'Université de Paris VI qu'il dirige, M. Delloue s'occupe principale-ment de radars "transhorizon" à rétrodiffusion ionosphérique (cf. CR 52/0782). Installés à Valensole, près de Manosque, ils assurent deux zones de couverture : la mer du Nord et l'Atlantique. Emettant entre 1 et 30 MHz avec un faisceau très directif en azimut, ces radars permettent d'observer la surface du globe à plusieurs milliers de kilomètres de distance. L'application principale est l'étude de l'état de surface de la mer, qui nécessite une analyse spectrale fine et des calculs numériques complexes.

D'autres installations du laboratoire (au CESTA, près de Bordeaux) servent à étudier les irrégularités du champ magnétique terrestre et à détecter les modifications de l'ionisation dans l'atmosphère.

A l'Université de Paris-Sud (Orsay), le Laboratoire de Physique des Solides comporte un Groupe Pluridisciplinaire d'Analyse Ionicque, dirigé par M. Lorin (cf. CR 29/0582). Spécialiste des effets isotopiques dans les météorites (son groupe dispose d'appareillages très sophistiques), M. Lorin est, à l'instar de M. Pellas (cf. para. II.1.8.), un "client potentiel" très motivé pour un système qui permettrait la localisation des météorites. Bien au courant des réseaux existant dans d'autres pays, il a fourni une liste d'adresses utiles pour la suite de l'étude.

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II.1.11. Les astronomes amateurs.

Il y a dans le monde de très nombreux astronomes amateurs qui représentent une capacité d'observation considérable. Deux astronomes professionnels belges maintiennent à jour chaque année un répertoire des sociétés d'astronomes amateurs : l'IDAAS (réf.(19)). Sur le plan national, les deux sociétés les plus importantes sont l'Association Française d'Astronomie (AFA) et la Société Astronomique de France (SAF). L'une des activités de ces amateurs est l'observation des météores, qui ne nécessite pas de moyens considérables.

Une rencontre avec un représentant de la SAF (cf. CR 13/0482) a permis de savoir qu'il ne serait pas du tout impossible de mobiliser les amateurs pour une campagne d'observation, à condition que l'idée soit introduite par un astronome professionnel.

Au cours de la visite du CERGA (cf. CR 64/1082), il est apparu que les membres de l'AFA organisaient des campagnes d'observation des étoiles filantes (réf.(20) et (21)), et même que des systèmes de datation mettant en jeu des récepteurs radio du commerce (modulation de fréquence) avaient été utilisés.

II.1.12. Spécialistes d'opto-électronique.

Les réflexions sur le thème n° 6 (voir para. IV.2.) ont conduit rapidement à s'intéresser aux performances des systèmes de détection opto-électroniques du type CCD. Plusieurs visités ont été organisées pour rencontrer des chercheurs qui, pour diverses raisons, avaient eu à étudier les possibilités offertes sur le marché dans ce domaine.

En dehors des contacts déjà mentionnés (en particulier, voir CR 63/1082), certains services du CNES ont été visités (cf. CR 58/0882 et 67/1082), ainsi qu'un spécialiste de l'INRIA (cf. CR 61/0982).

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II.2. Techniques de détection.

Les paragraphes qui suivent présentent une revue des différentes techniques de détection mises en jeu dans les laboratoires et organismes français contactés au cours de l'étude (thèmes 1 et 2).

II.2.1. Les radars.

Le RADAR est un instrument qui permet d'effectuer une télé-

détection active de cibles, l'exploration du volume sondé

pouvant se faire dans les trois dimensions et en fonction du

temps. Ses caractéristiques principales de fonctionnement

sont les suivantes :

On distingue les radars incohérents, dans lesquels l'information de phase n'est pas prise en compte et qui ne permettent que des mesures de distance, et les radars cohérents avec lesquels on peut mesurer la vitesse radiale des cibles grâce à l'effet Doppler. En fait, de nombreuses variantes existent, mettant en jeu différentes techniques plus ou moins sophistiques (comme la compression d'impulsions, qui améliore sensiblement le rapport signal sur bruit), et sont abondamment décrites dans les ouvrages spécialisés (voir par exemple la réf.(18)).

Par ailleurs, dans l'optique de cette étude, il est utile de classer d'un côté les radars directifs (faisceau étroit), utilisés pour la poursuite ou les sondages atmosphériques, et

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de l'autre les radars de surveillance, conçus pour couvrir un espace important (faisceau large, au moins en site). En effet, si l'utilisation des seconds pour la surveillance du ciel est naturellement envisageable, le recours aux premiers n'aurait de sens que s'ils devaient être asservis (pointage) à un autre système de surveillance.

Un dernier point important qu'il convient de rappeler sur le plan des généralités est qu'un radar moderne comporte deux grandes composantes :

Pour une réalisation donnée, l'ensemble de ces deux composantes est très spécifique d'une application, et ne permet en général de prendre en compte que les événements recherchés, il faut cependant souligner que si les performances électroniques (et de propagation) sont relativement gelées pour un équipement donné, le traitement informatique reste par essence assez souple, et ceci d'autant plus qu'il est effectué sur une unité plus confortable au niveau de la programmation (micro ou mini).

Les différents types de radars rencontrés au cours de l'étude et les commentaires qu'ils suscitent du point de vue de la détection des phénomènes aérospatiaux rares sont les suivants :

Les radars météorologiques, conventionnels ou Doppler, sont utilisés opérationnellement pour détecter, localiser et quantifier les précipitations, ainsi que pour déterminer la�itesse des vents en altitude en poursuivant des ballons libres.

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Dans le domaine de la recherche, ils alimentent les modèles de prévision avec les mesures de diverses quantités physiques : champs tridimensionnels de vitesse, de réflectivité, d'indice de réfraction, etc.,

Les modèles de radars rencontrés (MELODI, RODIN, RONSARD,...) utilisent des longueurs d'onde comprises entre 1 an et 10 cm, avec des impulsions de 0,4 à 4 µs et des puissances crête de 7 à 700 KW. La largeur de leur faisceau (à -3 dB) est toujours de l'ordre de 1° à 2°.

Ce type de radars présente a priori peu d'intérêt pour la détection systématique de phénomènes rares dans l'atmosphère, d'une part parce que les fréquences porteuses traversent relativement mal les basses couches de l'atmosphère, et d'autre part en raison de la directivité des aériens (surveillance impossible, poursuite possible avec certains modèles mais avec de sévères limitations en vitesse angulaire),

Les radars de poursuite de satellites sont essentiellement de type secondaire (cible coopérative) et donc sans intérêt pour l'étude. Cependant les militaires disposent également de radars primaires (à échos de peau) à impulsions, travaillant vers 5 GHz avec compression d'impulsions. Leur portée atteint plusieurs centaines de kilomètres.

Les seuls réseaux de radars de surveillance fonctionnant en permanence sont ceux des aviations civile et militaire.

Prévus pour détecter des aéronefs (section efficace de l'ordre de $ 2 , m^2 $) dans une certaine fourchette d'altitudes ne dépassant pas 40 Km, ces radars à impulsions plus ou moins sophistiques travaillent en bande S (10 cm) ou en bande L (23 cm), avec des diagrammes de rayonnement directifs seulement en azimut. La spécificité des critères de prise en compte de cibles rend ces réseaux inopérants pour la détection de phénomènes rares. Seuls certains développementes à venir du côté militaire présentent un intérêt potentiel dans le cadre de la présente étude (cf. para.IV, 1).

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Le radar ST dont s'occupe M. Crochet, chef du LSEET de Toulon (cf. CR 65/1082), présente un grand intérêt pour le sondage vertical de l'atmosphère. Un réseau de dipôles répartis sur un hectare émet à 50 MHz par impulsions de 100 KW et de quelques millisecondes de durée (récurrence à 1 KHz). Ce radar mesure directement les mouvements des vents et des turbulences dans l'atmosphère, à l'aide d'un système de traitement en temps réel des données reçues (FFT) qui fournit les paramètres principaux (puissance, Doppler, bruit,...).

Il faut rappeler ici l'intérêt que présente pour les préoccupations du GEPAN l'expérience du LSEET en matière d'anomalies" de propagation (réflexions ionosphériques, guidage troposphérique,..).

Le radar météorique utilisé pendant plusieurs années par le CRPE utilise comme cibles les trafinées ionisées créées par la rentrée dans la haute mesosphère (80 à 110 Km) des météores. Emettant en continu à 30 MHz, avec une puissance de 4 KW et une ouverture de 20°, ce système met en jeu un mini-calculateur couplé qui sélectionne les échos selon des critères de forme et de distance bien définis.

Utilisés en mono-statique ou en bi-statique, ces radars ont principalement permis l'étude des vents en haute altitude, en n'utilisant les trafinées ionisées que comme des traceurs. Ce-pendant certains chercheurs, comme M. Delcourt, s'en sont servis pour effectuer des études sur la trajectoryghie des mé-téores (cf. CR 23/0582). Ne serait-ce que pour cette raison, le radar météorique est une des réalisations les plus directement utilisables pour la détection qui intéresse le GEPAN.

Le radar "transhorizon" (à rétrodiffusion ionosphérique) du laboratoire de physique de l'exosphère de M. Delloue (Université de Paris VI : cf. CR 52/0782) fonctionne entre 1 MHz et 30 MHz avec des impulsions de 100 à 500 ps et 100 kW de puissance de crête. Deux réseaux d'antennes de plusieurs centaines de mètres de long permettent d'effectuer la couverture de plusieurs millions de Km² sur l'Atlantique et la Mer du Nord, grâce à la réflexion des ondes sur les couches ionosphériques.

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Ce type de radar permet la télédétection de phénomènes et d'objets aussi variés que les bateaux, les avions, les villes, les trafinées ionisées des météores,... Le traitement des données brutes nécessite cependant une excellente compréhension de la structure de l'ionosphere, en raison des effets complexes sur le signal du transit à travers les différentes couches (dynamique du plasma ionosphérique).

Une autre installation, près de Bordeaux, permet l'étude de certaines irrégularités du champ magnétique terrestre. Sa capacité de détecter les modifications de l'ionisation dans l'atmosphère la rend potentiellement intéressante dans l'optique des phénomènes rares.

En conclusion sur les radars, on retiendra l'intérêt des dispositifs travaillant en ondes décamétriques (voire hectométriques), qui traversent bien l'atmosphère, pour assurer la surveillance de zones importantes en superficie et en altitude. Dans tous les cas, le radar pose le problème du compromis entre l'accumulation d*un nombre prohibitif d'échos "bruts" de toutes natures et la sélection en temps réel selon des critères prédéfinis, qui est incompatible avec la surveillance de phénomènes inattendus.

II.2.2. Detecteurs_electromagnétiques.

Paz opposition avec la détection active qu'effectue le radar, ce paragraphe traite de la détection de type passif, dans les domaines électromagnétique, magnétique et électrostatique.

La campagne de mesures effectuée en 1977 à Saint-Privat d'Allier par l'ONERA (entre autres) a été axée sur les points suivants :

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Depuis cette campagne, aucun autre réseau de détection des décharges d'électricité atmosphérique n'a été mis en place en France.

La portée des détecteurs électrostatiques et magnétiques est trop faible pour qu'ils soient intéressants autrement que de façon très locale. En ce qui concerne la détection électroma-gnétique à moyenne et grande distance, on considère comme parfaitement adéquat le matériel américain standard LLP, mais il n'est pas utilisé de manière opérationnelle en dépit du be- soin exprimé par de nombreux organismes de détecter la foudre. Le LLP permet de suivre les différentes phases d'évolution d'un orage à 200 Km de distance.

Bien qu'il ait été mis en place pour détecter d'autres phénomènes (non naturels), il faut mentionner le réseau de stations que gère le LDG, et qui pourrait fournir des indications pré-cieuses si une détection électromagnétique de la foudre devait effectivement être envisagée (voir annexe classifiée du CR 51/0782, vol.2).

Les différentes mesures du champ magnétique terrestre dont est chargé l'Institut de Physique du Globe de Paris (cf. CR 56/0782) n'ont pas d'intérêt direct pour la détection des phénomènes rares, car elles concernent des variations sur des périodes longues (5 ans sur la France, 10 minutes à Arette). Il en va de même pour l'observatoire rapide de Garchy (fréquences del'ordre du Hertz). On retiendra cependant les compétences tout-

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à-fait uniques de 1'IPG en matière de mesures très fines du champ magnétique terrestre.

Π223. Détecteurs_sismiques.

Les principaux organismes concernés par les mesures sismiques sont les Instituts de Physique du Globe et le LDG.

En France métropolitaine, il existe 4 réseaux de stations sismologiques gérés par le CNRS : ceux de Nice, du Fossé Rhône et d'Aix relèvent de l'IPG de Strasbourg, tandis que l'IPG de Paris possède celui d'Arette (Pyrénées) (cf. CR 35/0582). Celui-ci, composé de 8 stations réparties sur environ 1000 Km², fournit des données prétraitées ("événements" correspondant à des enregistrements concoaitants dans plusieurs stations), et certaines données brutes sur papier.

Le LDG, dont une mission secondaire consiste à surveiller la sismicité en France, opère un réseau qui lui est propre et met en jeu des équipements distincts de ceux des IPG (cf. CR 51/0782).

En tout état de cause, ce type de capteur présente peu d'intérêt pour la détection des phénomènes aérospatiaux rares en raison des deux constatations suivantes :

Une recherche en archives faite par le LDG a montré que la chute d'une grosse météorite (113 Kg) n'avait pas été "vue" par des stations moyennement éloignées (150 Km). Les espoirs qui avaient été formulés dans ce domaine d'application semblent donc peu fondés (voir fin du vol.2).

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II.2.4.4. Detecteurs acousitiques.

Les ondes acoustiques et les ondes de gravité qui se proagent dans l'atmosphère sont pratiquement indétectables par des moyens sismiques, en raison du très faible couplage aierrevoqué au paragraphe précédent.

La détection de ces ondes peut être effectuée directement à l'aide de micro-barographes (baromètres différentiels très sensibles), ou indirectement en utilisant les perturbations créées dans les couches ionosphériques (modulations des densités électroniques) : on met alors en jeu un sondeur ionosphérique (radar Doppler travaillant entre 3 et 5 MHz). Le LDG a acquis l'expérience de ces techniques (cf, annexe classifiée du CR 51/0782).

A propos de détection acoustique, on peut retenir l'utilité d'un simple microphone pour les mesures de niveau kéronique (nombre de jours par an où l'on entend au moins une fois le tonnerre). De plus, certains articles sur les météorites mentionnent des sons caractéristiques qui pourraient également être enregistrés à l'aide d'un microphone de qualité.

Enfin, dans la catégorie des détecteurs actifs, on peut noter le SODAR (sondeur acoustique Doppler) qu'utilise l'équipe "basse atmosphère" du CRPE pour étudier la dynamique de la couche limite atmosphérique. En coopération avec l'EERM (Météorologie Nationale) et le Laboratoire de Météorologie Physique de Clermont-Ferrand, le CRPE établit des profils de vent à l'aide d'un SODAR triple.

$$\Pi_{2\bullet\bullet}

Les instruments optiques les plus utilisés pour surveiller le ciel nocturne sont les téléscopes des astronomes professionnels et amateurs, Ils ont généralement une ouverture angulaire tres faible qui les rend inadéquats pour la détection

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de phénomènes rares et fortuits, Seuls les téléscopes de Schmidt (miroir primaire sphérique et correction par une lame asphérique) ont un champ important, qui peut atteindre 20° ou 30°. Un exemple très significatif est donné par le grand téléscope de Schmidt du CERGA à Grasse (cf. CR 64/1082) qui sert à l'étude des astéroïdes et des comètes.

La construction d'optiques à très grand angle et à hautes performances, que ce soit dans le spectre visible ou dans l'ultraviolet, constitue la spécialité du Laboratoire d'Astronomie Spatiale de Marseille (cf. CR 53/0782). Les réalisations les plus spectaculaires de ce laboratoire sont des instruments embarqués sur satellites (projet franco-soviétique PIRAMIG à bord de SALIOUT 7, caméra pour SPACELAB). Il s'agit d'équipements très sophistiques et coûteux.

Différents capteurs optiques à très grand angle, de qualité plus modeste, ont été réalisés en France pour des études particulières :

■ Des caméras à grand angle sont utilisées par l'ONERA pour corréler des observations optiques de la foudre avec d'autres signaux (électromagnétiques). Ceci est à rapprocher de l'étude de par voie optique des éclairs sur Vénus dans le cadre des projets russes VENERA

Le LDG a également l'expérience de systèmes mixtes comportant une surveillance optique à très grand angle d'ouverture.

Le Centre de Recherches Atmosphériques Campistrous, où l'on étudie la couverture nuageuse, est doté d'une caméra "ciel total" pour la photogrammétrie. Elle est constituée d'une caméra Beaulieu de 16 mm suspendue à 2 m du sol et pointant vers un miroir hémisphérique posé au sol. Ce dispositif permet l'observation de 2π stéradians.

Quelle que soit la finition du miroir, un tel dispositif ne permet pas de mesures géométriques précises en site.

Au Centre d'Étude Spatiale des Rayonnements de Toulouse,

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M. Hurley tente de mettre en évidence une corrélation entre les sursauts gamma enregistrés sur certaines étoiles (par la sonde soviétique VENERA) et des éclairs optiques dont la durée est de l'ordre de la seconde, Il utilise pour cela une caméra TELEPHOT de 105° d'ouverture avec laquelle sont enregistrées des vidéo-cassettes. Une première campagne d'acquisition a.eu lieu cet été au Pic du Midi.

L'observation des cassettes enregistrées permet de formuler deux critiques à l'égard de ce dispositif dont les objectifs sont tres proches de ceux du GEPAN : d'une part, l'accumulation d'images sous forme d'enregistrement continu est ingérable, et d'autre part le tube NOCTICON a une rémanence beaucoup trop importante pour permettre de bien suivre l'évolution de phénomènes sporadiques.

La détection à réaliser en aval d'un dispositif optique peut mettre en jeu des composants opto-électroniques d'apparition récente. Certains laboratoires ont déjà acquis une solide expérience dans ce domaine, et de nombreux systèmes d'imagerie à base de détecteurs CCD existent ou sont en cours d'élaboration (cf. CR 58/0882, 61/0982, 63/1082 et 67/1082). C'est en particulier le cas de l'IMSP de Nice, où M. Vernin mesure des vitesses de vent en altitude par observation de la scintillation des étoiles : son système de détection doit avoir des performances très poussées à la fois en sensibilité et en absence de rémanence, ce qui l'a conduit à étudier très en détail le marché des capteurs optro-électroniques et des amplificateurs de brillance.

Dans le domaine de la télédétection active, on peut mentionner le LIDAR (émission LASER et mesure au téléscope), utilisé en météorologie. Cet instrument a peu d'intérêt pour le sujet de la présente étude.

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Sans que la liste soit exhaustive, un certain nombre de phénomènes aérospatiaux rares (susceptibles d'être détectés par un moyen ou par un autre) ont été identifiés au cours de l'étude. Les paragraphes suivants présentent ces phénomènes et la situation actuelle en France en ce qui concerne leur détection,

$$\frac{\mathrm{II}}{\mathrm{I}} \frac{3}{2} \frac{1}{1} = \frac{\mathrm{M} \mathrm{et} \mathrm{e} \mathrm{o} \mathrm{r} \mathrm{e} \mathrm{s} - \mathrm{e} \mathrm{t}}{\mathrm{M} \mathrm{et} \mathrm{e} \mathrm{o} \mathrm{r} \mathrm{e} \mathrm{s} = \mathrm{e} \mathrm{t} \cdot \mathrm{m} \mathrm{et} \mathrm{e} \mathrm{o} \mathrm{r} \mathrm{i} \mathrm{t} \mathrm{e} \mathrm{s} =$$

Contrairement à ce qui se passe dans plusieurs pays voisins (voir para. III.3.), il n'existe actuellement en France aucun dispositif de surveillance systématique des rentrées dans l'atmosphère de météores ou autres bolides. Seules quelques campagnes d'observation isolées sont organisées par certaines associations d'astronomes amateurs, à l'occasion de la traversée par la Terre d'essais de météores, Le principe de ces observations consiste à faire de longues poses photographiques à l'aide d'un appareil à grand angle (type Fish-eye).

Dans les milieux astronomiques professionnels, il existe peu d'intérêt pour étudier les bolides et leurs trajectories, et aucun enregistrement n'est gardé lorsque l'un d'eux est observé fortuitement.

En revanche, il y a en France plusieurs spécialistes de l'analyse des matériaux extraterrestres de grand renom qui sont des clients potentiels très motivés pour un sous-produit de la détection des météores : le calcul des points de chute au sol des météorites, permettant leur localisation et leur collecte sur le terrain. Cette activité de trajectoryographie qui, comme nous le verrons plus loin, existe dans d'autres pays, prend toute sa valeur si l'on sait que jusqu'à présent le nombre total de météorites recueillies sur le sol français s'élève à 62, le rythme actuel étant de l'ordre d'une météorite tous les cinq ans.

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Comme le souligne M. Pellas (cf. CR 57/0882), il est important et urgent de doter la France d'un système de détection de ces phénomènes, fut-il modeste, non seulement pour le bénéfice des minéralogistes spécialisés comme lui-même ou M. Lorin, mais aussi pour susciter des études originales sur les phénomènes lumineux associés aux rentrées de bolides dans l'atmosphère et sur les trajectories de ces objets (voir à ce sujet les résolutions de la 18ème assemblée générale de l'IAU, Commission 22, au para. III.3.).

Enfin il faut rappeler les travaux de trajectographie, à caractère nécessairement statistique, effectués au CRPE lorsqu'il disposait de deux radars météoriques, notamment par M. Delcourt (cf. CR 14/0482 et 23/0582).

Ⅱ32. Electricité atmosphérique.

La foudre constitue une &ne très importante pour de nombreux organismes qui ont à gérer des équipements répartis sur le territoire (antennes, pylônes, stations météorologiques, détecteur sismologiques, etc...). Il existe sur le marché des matériels inégalement efficaces pour assurer une protection contre le foudroirement et les dégats causés par les courants de décharge.

En collaboration avec le CNET, le LMD, l'EERM, le IPA et le CEA, l'ONERA effectue depuis plusieurs années des recherches sur les caractéristiques de la foudre (réf.(8)). D'abord sur le site de Saint-Privat d'Allier, puis dans le cadre du programme COPT en Côte-d'Ivoire, ces travaux se poursuivent au Nouveau-Mexique avec le programme TRIP, dans lequel participent l'USAF et des universités américaines.

Le but essentiel de l'ONERA est de bien caractériser les différentes "signatures" de la foudre en vue d'une détection rapprochée fine. En effet, sur le plan de la détection à distance, il est admis que le dispositif américain LLP (Lightning

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Location and protection) vendu pour environ 300 KF "clé en main" est devenu un standard très satisfaisant : composé de deux antennas et d'un matériel informatique programmé, le LLP permet de suivre les phases successives d'un orange jusqu'à 200 Km de distance.

Le phénomène "coup de foudre", qui peut sembler ponctuel à l'observateur, est en fait extrêmement complexe, mettant en jeu plusieurs millions d'événements élémentaires successifs (cf. CR 45/0682 para.II.). Après toute une phase de propagation par "bonds" de précurseurs, pendant laquelle est émis un signal électromagnétique HI? dont le spectre atteint 1 GHz, le "return stroke" (éclair visible constitué d'un canal de plasma de quelques centimètres de diamètre entouré de décharge corona) est accompagné d'une émission vers 100 KHz ainsi que du tonnerre. Le tout dure environ une seconde.

Sur le plan de la détection systématique de la foudre, rien n'existe actuellement en France, contrairement à d'autres pays. La détection locale peut mettre en jeu l'électromagnétisme, l'électrostatique, l'optique, l'acoustique; la détection à distance, au niveau du coup de foudre, ne peut utiliser que des moyens électromagnétiques ou optiques. Le repérage d'éclairs à très grande distance par goniométrie est possible dans les fréquences de quelques dizaines de KHz, en raison des effets de guidage troposphérique.

La détection active des éclairs par radar est rendue possible par le fait que le plasma dense (10^{18} ions/cm^{3}) du return stroke se comporte comme un réflecteur parfait (réf.(18) p. 102-105).

En France, l'altitude des éclairs ne dépasse jamais 12 Km, et leur longueur 6 Km. Dans d'autres contrées, l'altitude atteint parfois 20 Km et la longueur 10 Km.

Enfin, il faut noter certains aspects très particuliers de la foudre :

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comme des éclairs horizontaux d'environ 100 Km de long.

Les comptes-rendus de visites du volume n° 2 comportent plusieurs témoignages de scientifiques contactés au cours de l'étude. Le SGDN a transmis au GEPAN des éléments d'information sur la foudre en-boule, qui ont permis de rédiger un document de travail (réf.(22)).

Personne en France n'utilise ni n'envisage d'utiliser des images de satellite (METEOSAT) pour localiser les zones d'activité orageuse.

Ψ33. Autres phénomènes rares.

Au cours de cette étude, quatre autres phénomènes lumineux rares ont été mentionnés :

■ Dans les régions de forte activité sismique (Grèce, Turquie, Japon, Chine), on observe parfois juste avant ou pendant les séismes des phénomènes lumineux qui se présentent comme de petites aurores (provoqués par des aérosols?).

Depuis 1928, des chercheurs pensent qu'aux sursauts gamma enregistrés sur certaines étoiles se superposent des éclairs optiques d'une durée de quelques secondes et d'une intensité correspondant à une magnitude comprise entre 2 et 0 (travaux du CESR).

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Les "nuages noctilucents" sont des nuages artificiels qu'on observe à l'occasion de tirs de fusées, et qui correspondent à la présence de vapeur d'eau à une altitude de 70 Km : ces nuages de glace sont éclairés par le soleil, même tard dans la nuit, et ils peuvent s'étaler dans le ciel sur des milliers de Km².

Les feux de Saint-Elme, qu'on observe parfois après un orage au dessus d'une proéminence (mât, tronc d'arbre), se présentent comme des lueurs énormes et durables. Il s'agit en fait d'une décharge lente par effet corona (comme dans une lampe au néon) le long d'un champ électrique existant entre un cumulo-nimbus et le sol.

Par.extension, on peut assimiler à un phénomène rare l'apparition dans le ciel d'un satellite artificiel. La situation passée et présente en France dans le domaine de leur détection et de leur poursuite (en dehors des systèmes coopérations) fait l'objet du CR 48/0682 (annexe classifiée, vol.2).

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SOMMAIRE DU VOLIME NO

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I. PRESENTATION DU PROBLEME
11 Les phénomènes aérospatiaux rares
1.2. Thèmes de réflexion
1.3. Organisation pratique de l'étude
II. LA SITUATION EN FRANCE
II.1. Organismes contactés
II.1.1. L'Aviation Civile
II.1.2. L'Aviation Militaire
II.1.3. La Météorologie Nationale
II.1.4. La Défense Nationale
11.1.5. LONERA
II.1.6. Le CRPE
II.1.7. Le CNRS : Section VII
II.1.8. Le CNRS : Section XIV
II.1.9. L'INAG
II.1.10. Laboratoires universitaires
II.1.11. Les astronomes amateurs
II.1.12. Spécialistes d'opto-électronique
11.2. Techniques de détection
II.2.1. Les radars
II.2.2. Détecteurs électromagnétiques
II.2.3. Détecteurs sismiques
II.2.4. Détecteurs acoustiques
II.2.5. Détecteurs optiques
11.3. Phénomènes concernés
II.3.1. Météores et météorites
II.3.2. Electricité atmosphérique
II.3.3. Autres phénomènes rares