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Des éclairs d'orage au-dessus de la ville de Montevideo en mai 2020, en Uruguay.

Au-dessus des milliers d'éclairs qui frappent quotidiennement la Terre se produisent des "évènements lumineux transitoires" (TLE), sortes de flashs qui explosent dans les couches supérieures de l'atmosphère, entre le sommet des nuages jusqu'au proche environnement spatial, à 100 km d'altitude. Ils sont observés dans toutes les régions du monde, partout où éclatent des orages. Mais ces manifestations - a priori inoffensives - sont si brèves qu'elles sont pour la plupart invisibles à l'œil nu.

Le premier "TLE" fut découvert dans les années 1990, lorsqu'un physicien américain réussit à capter par caméra un magnifique feu d'artifice bleu et rouge en forme de filaments. Sa "danse" dans le ciel lui rappela une scène du Songe d'une nuit d'été de Shakespeare. Il le baptisa "sprite" ("lutin" en français), créature féérique celte incarnée dans la pièce par le personnage de Puck. Les "sprite" ne durent qu'une dizaine de millisecondes, mais quand ils se produisent en rafales, on peut les distinguer. "Certains pilotes de ligne en ont vu. On les prenait pour des fous avant leur observation scientifique", raconte Thomas Farges, chercheur et ingénieur au CEA (Commissariat à l'énergie atomique), à l'origine de la mission.

D'autres phénomènes associés aux orages furent découverts ensuite, comme les "elfes", grands panneaux lumineux qui se répandent rapidement. De tous les TLE, ce sont les plus fréquents (un orage peut en produire des milliers en quelques heures), les plus brefs (une milliseconde) et les plus hauts. Il existe aussi des "farfadets", des "sylphes", des "trolls"... toujours invisibles. Seule exception : les "jets géants", éclairs inversés se propageant à la verticale. Ils peuvent durer jusqu'à une seconde, et certains photographes arrivent à les immortaliser.

Les scientifiques ont aussi découvert avec stupéfaction que les orages pouvaient agir comme des accélérateurs de particules, en provoquant des bouffées de photons gamma (TGF) venant de la surface de la Terre, alors que ces rayonnements arrivent habituellement de l'espace.

"Ignorosphère"

Ces phénomènes furent d'abord considérés comme "rares, donc assez anecdotiques", a expliqué Christophe Bastien-Thiry, chef du projet au Centre national d'études spatiales (CNES), qui met en œuvre et finance le programme (110 millions d'euros).

Des éclairs d'orage au-dessus de la ville de Netanya, au nord de Tel-Aviv, en Israël, en novembre 2019.

"Or on sait désormais qu'ils sont extrêmement fréquents, et qu'ils transportent énormément d'énergie. D'où la nécessité d'évaluer leur impact sur la haute atmosphère", a déclaré le responsable scientifique lors d'une conférence de presse. Le satellite Taranis - du nom du dieu du ciel et de l'orage dans la mythologie celtique gauloise - sera le premier à les observer par en haut. Placé à environ 700 km de la Terre, il pourra voir comment ces phénomènes interagissent avec cette partie méconnue de l'atmosphère.

"Il est compliqué d'étudier cette zone : on ne peut y faire de mesures in situ car elle trop basse pour les satellites et trop haute pour les ballons-sonde. Certains l'appellent d'ailleurs +l'ignorosphère+", souligne Thomas Farges. Le positionnement par en haut "va permettre d'accéder à des rayonnements qui n'arrivent pas au sol car ils sont filtrés par l'atmosphère", se félicite l'ingénieur, responsable d'un des instruments de l'engin.

Taranis est un satellite de recherche fondamentale, mais "en contribuant à la connaissance de la machine thermique et climatique qu'est la Terre, l'exploitation de ses données pourrait déboucher sur des applications plus opérationnelles" pour les climatologues et les météorologues, explique le CNES. À terme, la modélisation de ses données pourrait ainsi être intégrée, en temps réel, dans les prévisions météo, ajoute l'agence spatiale française.

Petit (la taille d'une machine à laver), le satellite cumule pas moins de huit instruments : micro-caméra, photomètre, détecteur d'électrons et de rayons gamma... tous exploités comme un seul grâce à un "cerveau", le calculateur MEXIC. Il doit être lancé par une fusée européenne Vega depuis Kourou, en Guyane française, dans la nuit de lundi 16 novembre à mardi 17 novembre.