60 ans d'histoire de la recherche : une exposition (1964-2024)

Poster couverture 1994 - 2024 — **À l'occasion du 60e anniversaire de l'IASB, cette page vous offre un aperçu de nos recherches en aéronomie spatiale, de 1964 à 2024.**

1. La naissance de l'aéronomie spatiale en tant que domaine de recherche

Lors de la création de l'Institut d'Aéronomie Spatiale de Belgique (en 1964), pas encore "royal" à l'époque, l'aéronomie était une science relativement peu connue du grand public.

Le terme aéronomie a été introduit pour la première fois en 1946 par le professeur Sydney Chapman, qui l'a défini comme la science de la région supérieure de l'atmosphère, où la dissociation et l'ionisation sont importantes. Huit ans plus tard, en 1954, le terme a été officiellement adopté par l'Union Géodésique et Géophysique Internationale (UGGI).

L'Année géophysique internationale (1957-1958), pour laquelle Chapman avait été nommé président du comité spécial, a été une année décisive pour les sciences spatiales. Elle marque le début de l'ère spatiale et la naissance de l'aéronomie spatiale en tant que domaine de recherche. Le 4 octobre 1957, le premier satellite artificiel, Spoutnik-I, est lancé. Dès lors, de nouvelles techniques d'observation de l'atmosphère terrestre et d'exploration du système solaire deviennent accessibles.

L'aéronomie est une science transdisciplinaire qui étudie l'atmosphère de la Terre, des autres planètes (principalement les atmosphères de Mars et de Vénus) et des comètes, ainsi que l'espace interplanétaire. L'aéronomie étudie l'espace à l'aide d'instruments installés à la surface de la Terre, dans l'air et depuis l'espace.

2. Les astronautes belges

I see Earth! It is so beautiful!

Ce sont les mots de Youri Gagarine, le premier homme à être allé dans l'espace, en 1961. Depuis Gagarine, plus de 600 astronautes sont allés dans l'espace, dont deux de nos compatriotes : Dirk Frimout en 1992 et Frank De Winne en 2002 et 2008.

Jeune ingénieur, Dirk Frimout a commencé sa carrière à l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique. Quant à Frank De Winne, il a été soutenu pendant ses missions par les opérateurs du B.USOC, Centre belge de support aux utilisateurs et d'opérations, qui fait maintenant partie de l'Institut.

Un troisième astronaute belge, Raphaël Liégeois, volera pour la première fois en 2026. Il est certain qu'il reconnaîtra immédiatement la Belgique depuis sa résidence temporaire à 400 km au-dessus de la Terre, plus brillante que ses voisines et aux couleurs orangées profondes en raison de l'utilisation généralisée de lampes à sodium basse pression.

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3. Marcel Nicolet: pionnier de l'aéronomie spatiale

Situé à côté de l'Observatoire royal de Belgique et de l'Institut royal météorologique à Uccle, l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique a été créé le 25 novembre 1964.

Sous l'impulsion du baron Marcel Nicolet, et avec le plein soutien du roi Baudouin, le département d'aéronomie est séparé de l'Institut météorologique pour devenir un institut scientifique indépendant. Marcel Nicolet en devient le premier directeur.

Marcel Nicolet était un scientifique de renommée mondiale de l'Institut météorologique, il a été nommé secrétaire général de l'Année géophysique internationale en 1953. Ses réalisations remarquables en recherche scientifique et en administration lui ont valu de nombreux honneurs, notamment le prix Guggenheim.

L'Institut a commencé ses activités le 1er janvier 1965.

4. D'un court de tennis à un institut de renommée internationale

Lors de la création de l'Institut d'Aéronomie Spatiale (Instituut voor Ruimte-Aëronomie - IAS-IRA) en tant qu'institut fédéral indépendant, Marcel Nicolet et l'équipe de scientifiques et d'ingénieurs qui l'entouraient poursuivaient leurs activités dans le bâtiment B de l'Institut Royal Météorologique.

En 1970, le court de tennis du Pôle Espace a dû faire place à la construction de l'atelier mécanique de l'IASB.

Quelques années plus tard, les scientifiques ont également déménagé dans leur propre bâtiment. Depuis lors, l'Institut a connu une croissance exponentielle et, en 1997, un troisième étage a dû être construit.

Aujourd'hui, près de 200 personnes travaillent à l'IASB.

Petite histoire de l'aéronomie à l'IASB

5. Diversité des atmosphères planétaires (Vénus, la Terre, les comètes et Mars)

Aujourd'hui, l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique n'étudie plus seulement l'atmosphère de la planète Terre (en bleu), mais aussi de ses plus proches voisines dans le système solaire, Vénus (à sa gauche, la plus proche du Soleil, jaunâtre) et Mars (à sa droite, couleur rouille), ainsi que des comètes lors de leur orbite autour du Soleil.

Il étudie également les phénomènes résultant des interactions entre le rayonnement solaire et le vent solaire avec les atmosphères et les magnétosphères de tous les objets planétaires (météo spatiale, aurores, ...).

6. Fusées-sondes et ballons stratosphériques

Au cours de ses premières années d'existence, l'équipe d'ingénieurs de l'Institut d'Aéronomie Spatiale a développé des charges utiles pour les fusées-sondes et les ballons stratosphériques afin d'étudier l'atmosphère terrestre.

Les ballons stratosphériques étaient appelés les « satellites des pauvres », mais comme ils atteignaient la stratosphère (15-45 km d'altitude), ils s'adaptaient très bien à nos recherches qui se concentraient sur l'étude de la couche d'ozone et de la lumière ultraviolette du Soleil, toutes deux non mesurables par des expériences basées sur la Terre.

Depuis le milieu des années 70 et pendant près de 25 ans, le groupe de spectrométrie de masse de l'ASB a effectué des mesures in situ dans la stratosphère pour en déterminer la composition.

7. Expériences à bord des laboratoires spatiaux

Les premières expériences spatiales de l'IASB ont lieu lors de la mission SPACELAB-1 (nom officiel : STS-9), lancée le 28 novembre 1983. Il s'agit du premier laboratoire spatial européen, mis en place pour permettre aux scientifiques de réaliser des expériences à bord et à partir de la navette spatiale en orbite.

Entre 1983 et 1998, Spacelab a effectué 22 vols. Spacelab-1 transportait trois expériences de l'IASB, qui ont été reprises sur ATLAS-1 en 1992 et réalisées par Dirk Frimout.

La Station spatiale internationale (ISS) est le laboratoire de recherche le plus complexe et le plus puissant de l'espace : Les expériences belges à bord sont gérées par le Belgian User Support and Operations Centre (B.USOC).

Aujourd'hui, le B.USOC fournit un soutien technique et opérationnel pour la préparation, la mise en œuvre et l'exploitation de projets, d'expériences ou de missions spatiales soutenus par la Politique scientifique belge (BELSPO) et l'Agence Spatiale Européenne (ESA), ou par d'autres organismes de financement.

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8. Surveillance de la pollution de l'air depuis l'espace

L'air que nous respirons contient une variété de polluants. Ces polluants gazeux et aérosols, résultant de la combustion de carburants (trafic, industrie, etc.) et d'autres activités anthropiques, peuvent être nocifs pour la santé publique, la végétation et l'environnement. Par conséquent, l'atténuation des problèmes de santé causés par une mauvaise qualité de l'air en réduisant les émissions de polluants est une priorité en Belgique, au niveau européen et dans le monde entier.

Le suivi des progrès réalisés en matière de réduction des émissions, l'identification des sources inconnues, la surveillance régulière, la déclaration et la vérification des émissions sont obligatoires. Les satellites d'observation de la Terre nous fournissent les données essentielles pour ce faire. Nous surveillons les traces de gaz et d'aérosols dans l'atmosphère terrestre avec une résolution sans précédent et sur une base quotidienne.

Pollution de l'air, préoccupation majeure dans les zones urbaines industrialisées

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9. Les satellites, dont la précision ne cesse de croître, révèlent de plus en plus de détails

Depuis la mise en orbite du premier satellite en 1957, la technologie spatiale a considérablement évolué. Les satellites étaient autrefois aussi grands qu'un petit bus scolaire et pesaient jusqu'à 6 tonnes. Aujourd'hui, nous utilisons de petits satellites standardisés et nous nous concentrons sur l'amélioration de la précision et de l'exactitude des données. Au cours des 20 dernières années, la résolution spatiale de l'imagerie satellitaire, qui correspond à la taille d'un pixel au sol, a été multipliée par 285, passant du niveau de la Belgique à celui d'une ville.

Les images montrent toutes la même carte de la pollution atmosphérique, mais avec une résolution différente. Les premiers satellites n'étaient pas en mesure de distinguer les sources locales de pollution, car les zones polluées et les zones plus propres faisaient l'objet d'une moyenne sur une plus grande surface de pixels.

Pollution de l'air, préoccupation majeure dans les zones urbaines industrialisées

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10. La pollution vue du ciel et depuis le sol

Pour étudier la pollution anthropique, l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique utilise des spectromètres DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) UV-visible. Ces instruments sont utilisés pour mesurer les concentrations de gaz à l'état de traces dans l'atmosphère en analysant la façon dont ces gaz absorbent des longueurs d'onde spécifiques de la lumière dans les parties ultraviolette (UV) et visible du spectre. Ils sont particulièrement utiles pour détecter les gaz qui jouent un rôle important dans la qualité de l'air et la chimie atmosphérique, comme le dioxyde d'azote (NO₂), le dioxyde de soufre (SO₂), l'ozone (O₃) et le formaldéhyde (HCHO).

Les instruments DOAS ont été utilisés à la fois lors de campagnes de mesure spécifiques - montés sur un avion, une voiture ou un vélo - mais aussi en continu dans différentes stations au sol dans le cadre de réseaux de mesure internationaux.

Ce visuel montre quelques-uns des résultats de ces mesures pour Bruxelles. Une campagne aérienne au-dessus de Bruxelles révèle à la fois des zones fortement polluées et des espaces d'air pur dans la forêt de Sonian. Une campagne à vélo menée pendant l'été donne un aperçu de la qualité de l'air dans les rues de Bruxelles. Les instruments au sol, comme celui d'Uccle, fournissent des informations sur les tendances en matière de pollution et nous aident à valider les données satellitaires.

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11. Exemples de processus ayant un impact sur l'atmosphère de la Terre

L'atmosphère terrestre est constamment façonnée par des processus naturels et humains (ou anthropogéniques), chacun apportant divers gaz et particules qui influencent la qualité de l'air, le climat et la santé environnementale.
Les sources naturelles telles que les éruptions volcaniques libèrent des gaz tels que le dioxyde de soufre et le dioxyde de carbone, qui peuvent avoir un impact sur l'atmosphère au niveau local et même mondial. Le sel de mer, soulevé par les embruns, apporte des particules qui influencent la formation des nuages et peuvent réfléchir la lumière du soleil, refroidissant ainsi légèrement l'atmosphère.

D'autre part, les activités humaines ont un impact supplémentaire important. Les processus industriels, les opérations de fusion et les transports émettent des polluants qui peuvent provoquer du smog, des pluies acides et des problèmes respiratoires.

Ces émissions anthropiques contribuent également à des changements à long terme dans l'atmosphère, qui ont un impact sur tout, de la qualité de l'air local au climat mondial. Il est essentiel de comprendre les effets combinés de ces sources naturelles et humaines pour gérer la qualité de l'air et lutter contre le changement climatique.

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30 ans après l'éruption du Mont Pinatubo : une illustration de la relation entre les volcans et le climat

12. Surveillance des forçages climatiques atmosphériques

La surveillance des forçages climatiques atmosphériques est essentielle pour comprendre comment les activités humaines et les processus naturels influencent notre climat au fil du temps. Les forçages climatiques comprennent les gaz à effet de serre (comme le dioxyde de carbone CO₂, le méthane CH₄ et l'oxyde nitreux N₂O) et les aérosols (de minuscules particules comme la poussière du désert) qui réchauffent ou refroidissent l'atmosphère terrestre. Le suivi de ces substances aide les scientifiques à évaluer le rythme du changement climatique, à identifier les sources d'émissions et à comprendre les effets atmosphériques complexes.

À la station ICOS (Integrated Carbon Observation System) de l'île de La Réunion, l'augmentation des niveaux de gaz à effet de serre met en évidence l'augmentation rapide de ces forçages climatiques, reflétant des tendances similaires dans le monde entier. Les stations de surveillance de ce type aident les chercheurs à déterminer où les émissions augmentent ou diminuent, ce qui permet d'évaluer l'efficacité des efforts de réduction des émissions.

Les satellites peuvent détecter les variations des concentrations de gaz à effet de serre, identifier les sources d'émissions et mesurer les aérosols tels que la poussière du désert. La poussière du désert a elle-même un impact sur le climat et les conditions météorologiques : elle peut refroidir ou réchauffer l'atmosphère en fonction des conditions et influer sur la pluie, les nuages et les vents.

Enfin, certains forçages climatiques ont des effets multiples. Par exemple, l'oxyde nitreux est le troisième gaz à effet de serre le plus important produit par l'activité humaine, après le dioxyde de carbone et le méthane, mais il contribue également à l'appauvrissement de la couche d'ozone. Ce double impact le rend particulièrement important à surveiller.

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13. Surveillance de l'ozone stratosphérique

Dans le passé, des substances chimiques artiﬁcielles, telles que les fameux chloroﬂuorocarbones (CFC), ont été libérées dans la troposphère où elles ont dérivé vers le haut, atteint la stratosphère et se sont accumulées. Chaque année, ces composés sont décomposés sur des gouttelettes à l'intérieur des nuages de haute altitude pendant l'hiver et sont activés par la lumière du soleil au printemps, ce qui entraîne des réactions chimiques qui endommagent la couche d'ozone et forment le « trou d'ozone ».

Un tel trou dans la couche d'ozone se forme chaque année au-dessus de l'Antarctique pendant le printemps de l'hémisphère sud (septembre à novembre), mais aussi parfois au-dessus de l'Arctique (vers mars à mai). Ces événements saisonniers permettent à une plus grande quantité de lumière ultraviolette d'atteindre le niveau du sol, où elle peut accroître les risques de cancer de la peau, de coups de soleil, de lésions oculaires et d'autres problèmes de santé.

L'interdiction des émissions de substances appauvrissant la couche d'ozone signifie que la couche d'ozone est en passe de se reconstituer, mais cela prendra encore une quarantaine d'années.

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14. Modélisation de la composition atmosphérique

La modélisation atmosphérique est un outil puissant qui aide les scientifiques à mesurer et à prévoir les changements dans la composition de l'atmosphère - comme l'abondance des gaz et des aérosols - au fil du temps et dans différentes régions. En créant des données simulées, ces modèles permettent aux chercheurs d'explorer les facteurs à l'origine des changements atmosphériques et de mieux comprendre le comportement du système atmosphérique des planètes.

L'IASB contribue, entre autres, à la composante stratosphérique du système de surveillance atmosphérique Copernicus (CAMS) grâce à son modèle stratosphérique développé en interne. Ce poster illustre les différents types de chlore, y compris les réservoirs et les espèces actives, et la manière dont il contribue à l'appauvrissement de la couche d'ozone.

L'IASB est également impliqué dans le développement de modèles pour la troposphère terrestre, sa plasmasphère, le vent solaire, ... ainsi que pour les atmosphères planétaires, comme le modèle météorologique et climatique pour Mars.

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15. L'impact de la météorologie spatiale sur notre vie quotidienne

La météorologie spatiale fait référence aux conditions environnementales dans l'espace, influencées par l'activité solaire (vent solaire, éruptions solaires, particules énergétiques solaires, éjections de masse coronale, etc.)

Même si nous ne nous en rendons pas compte, la météo spatiale peut avoir un impact considérable sur notre vie quotidienne, par exemple en perturbant les services de navigation par satellite, comme Galileo, qui peuvent à leur tour affecter l'aviation, le transport routier, la navigation et d'autres activités qui dépendent d'un positionnement précis. Les compagnies aériennes commerciales peuvent subir des dommages à l'électronique des avions et leurs équipages peuvent être exposés à des doses accrues de radiations (en particulier ceux qui survolent les pôles). Les effets de la météo spatiale sur le sol peuvent inclure des dommages et des perturbations des réseaux de distribution d'électricité, une corrosion accrue des pipelines et une dégradation des communications radio.

Pour les satellites en orbite, les effets de la météorologie spatiale se traduisent par une dégradation des communications, des performances, de la fiabilité et de la durée de vie globale. Par exemple, les panneaux solaires qui convertissent la lumière du soleil en énergie électrique sur la plupart des engins spatiaux produiront de moins en moins d'énergie au cours d'une mission, et cette dégradation doit être prise en compte lors de la conception du satellite.

En outre, les phénomènes de météo spatiale peuvent entraîner des augmentations des rayonnements qui représentent des risques accrus pour la santé des astronautes, aujourd'hui à bord de la Station spatiale internationale en orbite basse et à l'avenir lors des voyages vers la Lune ou Mars.

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16. Aurore polaire

L'activité du Soleil, comme les éruptions solaires, peut affecter l'atmosphère. Fin 2024, le Soleil atteindra sa période de maximum solaire, qui pourrait se poursuivre encore en 2025.

Un événement particulièrement intense a eu lieu le 11 mai 2024, pendant le week-end de la fête des mères, d'où son nom d'« événement de la fête des mères ». À la suite d'une forte éruption solaire dirigée vers la Terre, des aurores ont été visibles dans le monde entier. Il s'agit de l'orage magnétique le plus intense depuis plus de 20 ans. Au début du mois d'octobre 2024 également, les Belges ont pu admirer un spectacle d'aurores boréales dû à une tempête solaire accompagnée de l'éruption solaire la plus importante depuis 2017.

La couleur des aurores nous en apprend plus sur les éléments chimiques de notre atmosphère, qui sont excités par les particules du vent solaire.

17. Détection des météores par ondes radio

Un météore (communément appelé « étoile filante ») est le phénomène lumineux résultant de l'interaction d'un météoroïde avec l'atmosphère terrestre. Nous les étudions grâce à des observations radio. Lorsqu'un météoroïde pénètre dans l'atmosphère terrestre, il crée une traînée d'électrons dans son sillage, qui agit comme un miroir et permet d'observer le ciel à l'aide d'antennes radio.

Les scientifiques de l'Institut royal d'Aéronomie spatiale de Belgique ont installé un vaste réseau de plus de 50 stations de réception radio en Belgique et dans les pays voisins. Le grand avantage de cette méthode est que, contrairement aux observations optiques, nous pouvons observer les météores en continu, même pendant la journée ou lorsque le ciel est nuageux. L'inconvénient de cette méthode est que les ondes radio sont également réfléchies par les avions.

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BRAMS (Belgian RAdio Meteor Stations) est un réseau de stations de réception radio.

18. L'atmosphère de Mars

Outre la Terre, Mars est peut-être la planète la plus connue de notre système solaire. La planète possède une fine atmosphère principalement composée de dioxyde de carbone, avec des traces d'azote et d'argon. Il est essentiel de comprendre la dynamique et la composition de cette atmosphère pour élucider l'histoire climatique de Mars et son potentiel d'accueil de la vie.

Nous sommes fiers de contribuer à cette recherche grâce à nos instruments de pointe à bord des missions Mars Express et ExoMars, qui fournissent des données et des informations inestimables.

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19. L'atmosphère de Vénus

Vénus, notre plus proche voisine, possède une atmosphère enveloppée d'épais nuages d'acide sulfurique, créant ainsi un environnement hostile. Comprendre les conditions extrêmes qui règnent sur Vénus, où les températures de surface atteignent en moyenne 464 °C et où la pression est 92 fois supérieure à celle de la Terre, est essentiel pour élucider l'histoire climatique de la planète et sa divergence par rapport à la Terre.

Les instruments embarqués à bord des missions Venus Express et EnVision nous fournissent des informations uniques sur l'atmosphère de Vénus et son évolution.

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20. L'atmosphère des comètes

Lorsqu'une comète s'approche du Soleil, les radiations évaporent les matériaux de surface, donnant naissance à une atmosphère spéciale temporaire appelée la chevelure. La comète éjecte de grandes quantités de poussières et de gaz au cours de ce processus, créant deux queues distinctes dans son sillage.

L'Institut royal d'Aéronomie spatiale de Belgique a étudié la comète Chury à l'aide d'un instrument embarqué sur le satellite Rosetta et prépare actuellement une mission vers une comète encore inconnue avec le Comet Interceptor, qui sera lancé en 2027.

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21. Le B.RCLab et les autres laboratoires

Le B.RCLab est un laboratoire de caractérisation radiométrique spécialisé dans la mesure de la lumière et le test d'instruments à large spectre. Situé dans les laboratoires de l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique (IASB), le B.RCLab dispose de plusieurs salles équipées pour effectuer des mesures radiométriques de haute précision.

Son expertise couvre un large éventail de domaines, dont la physique et la chimie de l'atmosphère terrestre et planétaire, les mesures solaires et l'observation des aurores.

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B.RCLab (Belgian Radiometric Characterization Laboratory)

22. Cycle de vie d'une mission spatiale

L'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique dispose de la capacité et de l'expertise nécessaires pour relever tous les défis associés à une mission spatiale, du début à la fin.

Naissance d'une mission spatiale > Exigences/besoins et conception de la mission > Conception et développement des instruments > Étalonnage et caractérisation des instruments > Lancement et exploitation de la mission spatiale > Production de données scientifiques > Validation du produit > Exploitation de la mission.

Le cycle implique des chercheurs, des ingénieurs (ingénieurs en mécanique, électronique et logiciel), du personnel travaillant dans le laboratoire radiométrique B.RCLab, des opérateurs fournissant un soutien dans le B.USOC, ...

En fin de compte, l'exploitation de la mission spatiale donne lieu à de nouvelles connaissances, qui débouchent sur de nouvelles idées à partir desquelles de nouveaux projets et de nouvelles missions spatiales voient le jour, et le cycle se poursuit...

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Le développement de missions spatiales