Bien qu’il ait passé 40 ans à rouiller dans le désert de l’Arizona, en octobre 2016, il volait à des kilomètres au-dessus de Guam. Le Martin WB-57F, avec un logo de la NASA sur sa queue, est monté dans la troposphère pour une mission appelée POSIDON, une enquête sur les cirrus et autres phénomènes atmosphériques. Se mouvant entre des altitudes de huit et onze milles, il a contourné un typhon, s’est plongé dans des panaches volcaniques pour étudier le dioxyde de soufre gazeux, a mesuré la densité et l’épaisseur des nuages et a reniflé des molécules d’ozone.
« Les cirrus ne sont pas si bien compris », déclare Eric Jensen, spécialiste de l’atmosphère au centre de recherche Ames de la NASA et l’un des principaux chercheurs de la mission POSIDON. Ces structures, qui forment les enclumes des orages et qui, à des altitudes plus élevées, régulent la quantité de vapeur d’eau et d’autres particules qui flottent dans la stratosphère, constituent « l’une des grandes incertitudes dans notre capacité à prévoir le changement climatique…. ». Donc ces mesures des nuages, la compréhension de leur formation et de leur évolution, sont très importantes pour améliorer ces modèles globaux », dit Jensen.
Le Pacifique occidental est le laboratoire parfait pour étudier les cirrus, surtout en automne, lorsque les orages sont quotidiens et que les typhons peuvent filer à tout moment. « Guam se trouve en plein milieu de l’action », explique M. Jensen. L’air chaud et humide qui s’élève de l’océan autour de l’île pousse les nuages à des altitudes particulièrement élevées. Des vents violents cisaillent le sommet des nuages, formant des cirrus en dentelle, qui sont de fines banderoles de cristaux de glace. De minuscules particules – des morceaux d’écume de mer aux polluants d’usine soufflés depuis l’Asie – grimpent dans ces banderoles, où elles peuvent être transportées autour de la planète entière.
La haute altitude de ces formations les rend difficiles à étudier – trop hautes pour que la plupart des avions puissent les atteindre avec de lourdes charges utiles d’instruments et trop basses et vaporeuses pour que les satellites les voient avec une résolution suffisante pour des mesures précises. Mais en 2011, l’équipe de Jensen a mis la main sur un WB-57, et les cirrus élevés sont devenus accessibles.
L’avion est la dernière version du bombardier B-57, avec la capacité de transporter une charge utile plus lourde à des altitudes plus élevées que tout autre avion de recherche disponible. « Et il est très résistant, ce qui permet de voler près de la convection – ces gros orages – qui est un environnement turbulent », explique Jensen. Avec les WB-57, les scientifiques peuvent envoyer des instruments pour échantillonner directement les nuages.
L’avion qui a effectué la mission de Guam et deux autres WB-57 – tous trois ont plus de 60 ans – sont les seuls avions de leur type en activité aujourd’hui. Le B-57 est en fait né sous la forme de l’English Electric Canberra, un bombardier moyen à réaction de conception britannique conçu pendant la Seconde Guerre mondiale, bien qu’il n’ait pas effectué son premier vol avant 1949. Un an plus tard, lorsque les hostilités ont éclaté en Corée, l’armée américaine a commencé à chercher un remplacement pour le Douglas B-26 Invader (qui a volé pendant la Seconde Guerre mondiale sous le nom de A-26). Dans le cadre d’une démonstration de l’aptitude du Canberra, le bombardier britannique a effectué le premier vol à réaction non ravitaillé à travers l’Atlantique. Cela a permis de décrocher le contrat avec l’U.S. Air Force. La Glenn L. Martin Company a obtenu la licence pour construire la version américaine, le B-57, qui a effectué son premier vol en 1953. (Trop tard pour le combat en Corée, il y fut envoyé pour défendre l’armistice de 1953). Bien que la version américaine ait officiellement abandonné le surnom de « Canberra », la plupart des gens se réfèrent encore à l’avion sous ce nom.
Les WB-57 de la NASA décollent de l’aéroport Ellington à Houston, non loin du Johnson Space Center, dans le cadre de la flotte de recherche à haute altitude de l’agence. Selon Charlie Mallini, qui gère le programme WB-57, l’avion occupe un créneau de recherche. « C’est l’un des principaux avions de la NASA pour les travaux atmosphériques », explique-t-il. « Il n’y a qu’un nombre limité d’avions qui peuvent atteindre les altitudes auxquelles nous nous rendons. Et nous pouvons transporter beaucoup de choses différentes – des antennes, des sondes d’échantillonnage et d’autres charges utiles. »
Les autres avions de recherche à haute altitude de la NASA, l’ER-2 (une version de l’avion espion U-2) et le drone Global Hawk, volent au moins aussi haut que le Canberra et offrent une portée et une durée plus grandes. Mais le Canberra peut transporter trois fois la charge utile de l’ER-2 et plus de quatre fois celle du Global Hawk. Cette capacité permet au WB-57 de transporter plus de deux douzaines d’instruments, répartis sur le nez, une grande soute, des compartiments dans les ailes et des nacelles montées sur les ailes. Le Canberra est également le seul des trois appareils de recherche à pouvoir transporter un membre d’équipage sur le siège arrière pour faire fonctionner les instruments et transmettre les données à une équipe au sol. « Les scientifiques peuvent prendre des décisions en temps réel pour recibler l’endroit où ils veulent aller », explique Mallini. « Cela leur donne beaucoup de flexibilité pour obtenir les meilleures données. »
Mallini a rejoint le programme en 2011 en tant qu’ingénieur principal après avoir travaillé sur le programme Constellation de la NASA, l’initiative abandonnée visant à renvoyer des astronautes sur la lune et ensuite sur Mars. En 2014, il est devenu le chef de projet du programme WB-57. Il présente l’avion dans sa base d’attache, le hangar 990 d’Ellington, une ancienne base de l’armée de l’air. NASA 927, l’avion qui a effectué la mission POSIDON, est assis près de la porte du hangar tandis que Tom Parent, l’un des pilotes du Canberra, donne des instructions sur son fonctionnement à des pilotes de l’école navale de pilotes d’essai. (De petits groupes d’aviateurs du centre s’entraînent sur le WB-57F pendant quelques jours chaque année, ce qui leur permet d’acquérir une expérience du vol à haute altitude). Un deuxième avion, NASA 928, fait l’objet d’une maintenance majeure ; ses moteurs ont été retirés et sa soute est ouverte et vide. Le dernier membre de la flotte, NASA 926, est perché à l’autre extrémité du hangar, entouré de palettes porte-instruments et de conteneurs d’expédition remplis d’outils, de pièces de rechange et d’autres équipements destinés à être déployés en dehors de Houston.
Les charges de Mallini ressemblent à l’équivalent aéronautique des muscle cars. Leurs ailes s’étendent sur 122,5 pieds – presque 20 pieds de plus que les ailes d’un U-2S – fournissant la portance nécessaire pour atteindre des altitudes qui nécessitent des combinaisons de pression et donnant au WB-57F son surnom : la longue aile. Un gros moteur Pratt & Whitney TF33, semblable à ceux utilisés dans les bombardiers B-52, est monté au milieu de chaque aile et fournit à l’avion une poussée de 31 000 livres. Cette puissance rend le décollage à la fois bruyant (le niveau de bruit dans le cockpit peut atteindre 105 décibels) et déconcertant. « C’est assez révélateur et, pour un pilote novice, un peu déconcertant », dit M. Parent. « Lorsque les moteurs sont avancés à la puissance de décollage, tout l’avion tremble tellement qu’il est difficile de lire les moteurs et les instruments de vol. »
Parent est l’un des quatre pilotes de l’avion d’époque. Il a rejoint le projet en 2011 après avoir pris sa retraite de l’armée de l’air. Au cours de sa carrière militaire de 25 ans, il a été chef d’équipage de F-111, puis a piloté des B-52 et, enfin, l’U-2. Surnommé « Duster » en raison de l’épaisse moustache (un « cookie duster ») qu’il portait lors d’un déploiement en Afghanistan, Parent a enregistré plus de 900 de ses presque 8 000 heures de vol dans le Canberra. Dans le cockpit, Parent et ses collègues pilotes font face aux instruments de 1960. (Rien n’est automatisé dans le cockpit, à l’exception du nouveau pilote automatique numérique « , explique M. Parent. « Les écrans du cockpit ont très peu changé depuis que l’avion a volé pour la première fois. »
Les B-57 ont servi pendant deux décennies, y compris dans les combats au Vietnam. Au début des années 1960, General Dynamics a été chargé de concevoir le modèle F pour la reconnaissance à haute altitude et l’observation atmosphérique. Les WB-57F, exploités par le 58th Weather Reconnaissance Squadron au Nouveau-Mexique, ont été envoyés dans le monde entier pour détecter les traces d’essais nucléaires atmosphériques. Les derniers B-57 militaires ont été mis en sommeil en 1974, remplacés, entre autres, par le supersonique SR-71.
La NASA a commencé à emprunter des Canberra à l’armée de l’air dans les années 1960. Après que le modèle ait prouvé son utilité en tant que plateforme de recherche, l’agence en a acquis deux en permanence. L’un d’eux a d’abord servi comme avion de reconnaissance, y compris un déploiement à la base aérienne de Rhein-Main en Allemagne, tandis que l’autre a commencé sa vie comme bombardier et a servi aux États-Unis. Tous deux ont été convertis en modèles RB-57F environ dix ans après le début de leur carrière. « L’histoire est l’un des aspects les plus intéressants de ces appareils », déclare M. Parent. « Tout le monde les regarde et s’étonne qu’ils existent encore. La plupart d’entre eux se trouvent dans des musées. En fait, nous cherchions des musées pour notre dernier avion jusqu’à ce que nous en trouvions un dans le dépôt d’armes. »
L’Air Force 63-13295, également un RB-57F, avait pris sa retraite à la base aérienne de Davis-Monthan à Tucson en juillet 1972. Il y est resté pendant près de 39 ans, cuit sous le soleil du désert. Puis, en mai 2011, des ingénieurs de la NASA sont descendus sur le terrain pour le ressusciter. « Nous avons regardé les travaux à venir et nous avons vu qu’il fallait un troisième avion », explique Mallini. « C’était en quelque sorte notre dernière opportunité. Les avions se dégradaient lentement. Et nos avions vieillissaient. C’est comme avoir une police d’assurance. Et nous avons souvent un avion en panne pour la maintenance, donc le nouveau nous permet d’avoir encore deux avions disponibles. »
Il a fallu deux ans pour rajeunir l’avion, en utilisant des pièces récupérées sur d’autres avions mis au rebut. (Une deuxième cellule, qui avait subi plus de dommages pendant son temps de stockage, a servi de banc d’essai, aidant les ingénieurs à déterminer comment démonter et remonter les choses avant de mettre une clé ou un tournevis sur le 63-13295). « Nous l’avons démonté jusqu’au métal nu », explique Mallini. « Les ailes ont été montées dans des gabarits et reconstruites à partir de zéro. Puis nous l’avons lentement mais sûrement remis en place. » En août 2013, le NASA 927 redésigné a pris son envol pour la première fois depuis plus de quatre décennies – l’un des plus longs hiatus pour tout avion consigné dans un dépôt d’ossements.
Faire voler trois avions sexagénaires peut prendre beaucoup de temps. Les pièces de rechange pour leurs anciens systèmes ne peuvent être trouvées que dans les musées et les parcs à ferraille. Le fuselage de l’avion qui a servi de banc d’essai pour la restauration de NASA 927, par exemple, a été expédié en Utah pour tester une mise à niveau du siège éjectable. Il a ensuite été envoyé à Houston, où l’équipe de maintenance de la NASA a retiré les commandes de l’accélérateur et d’autres leviers, les fils et « un certain nombre d’autres bricoles », explique Mallini. « Nous avons récupéré tout ce que nous pouvions récupérer. Il y a très peu de pièces spécifiques à l’avion à trouver. »
Pour aggraver les choses, les dessins techniques originaux sont parfois incomplets ou inexistants. Par conséquent, l’équipe doit parfois faire de l’ingénierie inverse sur les composants, en les fabriquant à la main ou sur des imprimantes 3D. Certains systèmes ne peuvent être ni modifiés ni recréés. C’est le cas du pilote automatique analogique des années 1960, qui utilisait des tubes à vide – des articles que l’on ne trouve pas chez Fry’s ou même sur Amazon. « Nous avions des gens qui cherchaient des tubes sur Internet », explique Alyson Hickey, ingénieur en chef du programme Canberra. « Nous avons finalement remplacé l’ensemble par un pilote automatique numérique moderne ». En outre, le programme a remplacé les sièges éjectables par un modèle utilisé sur le F-16, amélioré le train d’atterrissage et installé un nouveau système de communication par satellite.
Le programme Canberra aide à payer la facture de ces modifications et réparations importantes en faisant voler des instruments pour d’autres agences gouvernementales, le monde universitaire et le secteur commercial. Il y a dix ans, l’un des meilleurs clients était le ministère de la Défense, qui réservait l’avion pendant des semaines pour son programme de nœuds de communication aéroportés sur le champ de bataille. Le Canberra transportait un équipement qui le convertissait en « traducteur universel ». Les aéronefs et autres ressources qui utilisent des systèmes de communication incompatibles utiliseraient le Canberra pour se parler entre eux. Avec leurs logos de la NASA repeints, les avions ont été déployés en Afghanistan à partir de 2008, où ils ont effectué 50 missions. Les déploiements à l’étranger ont pris fin en 2012, lorsque le rôle a été repris par d’autres avions, mais les WB-57 effectuent toujours des tests de développement pour le programme aux États-Unis.
La plupart du travail quotidien des Canberra, cependant, consiste à mener des activités scientifiques aéroportées. C’est l’avion idéal à mettre en service lorsqu’une tâche inhabituelle se présente. En août 2017, par exemple, deux WB-57 volant à environ 80 km l’un de l’autre ont observé près de huit minutes de l’éclipse solaire totale le long de la trajectoire du soleil à travers les États-Unis. Plus généralement, les WB-57 étudient l’air. Au cours de la saison des tempêtes 2015, un Canberra a effectué des missions au-dessus de quatre formations : L’ouragan Joaquin et la tempête tropicale Erika dans l’Atlantique et les ouragans Marty et Patricia dans le Pacifique. Il a volé à 60 000 pieds ou plus, traçant des figures 4 et d’autres motifs qui l’ont amené directement au-dessus du centre de chaque tempête une à trois fois par vol. « Nous n’avons jamais eu à craindre que quelqu’un nous dise : « Cet ouragan est trop grand pour être survolé » », explique Daniel J. Cecil, chercheur au Marshall Space Flight Center de la NASA en Alabama et chercheur principal pour l’un des instruments de surveillance des tempêtes.
Pour une expérience, l’avion a largué dans les quatre tempêtes plus de 800 petites sondes, appelées dropsondes, chacune étant un peu plus courte et plus large qu’un tube d’essuie-tout. Pendant la descente de 10 à 15 minutes, elles ont transmis à l’avion la vitesse et la direction du vent, la température et la pression de l’air, l’humidité et la température de la surface de la mer, ainsi que l’altitude déterminée par le GPS. Une deuxième expérience a utilisé des micro-ondes pour mesurer la vitesse du vent à la surface de l’océan. « Il est difficile d’obtenir une mesure directe en pleine mer, surtout lorsque la surface est agitée par des vents de 160 km/h », explique M. Cecil. « Et les instruments des satellites sont aveuglés par la pluie, ou bien ils ne sont pas capables de résoudre les vitesses du vent. » L’instrument de Cecil mesure l’augmentation du rayonnement micro-onde émis par l’épaisse mousse de mer soulevée ; l’intensité du rayonnement indique la vitesse du vent de surface qui le crée.
« Patricia était la tempête la plus intéressante », dit Cecil. « En l’espace d’une journée environ, elle a explosé, passant du statut de tempête tropicale à celui d’ouragan le plus puissant jamais mesuré dans cette partie du monde. Lors d’un passage au centre, nous avons mesuré l’ensemble de l’œil et du mur de l’œil. Nous avons obtenu de très bons échantillons détaillés. »
Peut-être la mission atmosphérique la plus ambitieuse, cependant, était POSIDON, le projet 2016 de Guam. (Le nom de la mission est l’abréviation de Pacific Oxidants, Sulfur, Ice, Dehydration, and cONvection). Elle a été conçue pour faire la lumière sur les processus physiques et chimiques près de la tropopause, la frontière entre la couche inférieure de l’atmosphère, la troposphère, et la couche supérieure suivante, la stratosphère. Les cirrus qui se forment à cet endroit servent de « lyophilisation » finale de l’air en route vers la stratosphère, mais les détails de ce processus sont compliqués », explique Troy Thornberry, chercheur à l’université du Colorado Boulder en collaboration avec la National Oceanic and Atmospheric Administration, qui était le chercheur principal pour plusieurs des instruments POSIDON. « Historiquement, les modèles climatiques ont ignoré la stratosphère parce que nous pensions qu’il n’y avait rien d’intéressant là-haut », explique-t-il. « Au fur et à mesure que les modèles sont devenus plus détaillés, cependant, il est devenu évident qu’il y a des lacunes dans nos connaissances liées à la stratosphère que nous devons combler. » Cette zone de transition est également l’endroit où des particules comme les aérosols peuvent être transportées dans la stratosphère puis faire le tour du globe, dispersant la lumière du soleil et entraînant la destruction de l’ozone. Thornberry et d’autres chercheurs tentent de comprendre les processus à l’œuvre dans la stratosphère maintenant, avant que les activités humaines ne les modifient davantage.
Pour mener ces études, plusieurs dizaines de scientifiques, d’ingénieurs, de pilotes et de techniciens ont fait le voyage de 7 500 miles de Houston à Guam. Les hangars de la base aérienne d’Andersen étant en cours de reconstruction, l’avion – le NASA 927 – a partagé un hangar de maintenance de United Airlines à l’aéroport international de Guam, où l’équipage de la compagnie aérienne invitait souvent l’équipe scientifique à se joindre à ses buffets de déjeuner.
Pendant trois semaines sur l’île, les équipes ont effectué neuf vols scientifiques. « C’était une mission difficile, principalement à cause de la chaleur », explique Tom Parent, qui a piloté plusieurs des vols. « Il faisait tellement chaud et on était tellement déshydraté qu’au moment de décoller, on était un peu abattu. Ensuite, vous voliez environ six heures, et vous deviez économiser de l’essence en revenant vers une destination insulaire sans beaucoup d’options de déviation, ce qui était un peu inquiétant. »
Lors de plusieurs de ces missions, l’avion a volé près de grandes cellules de tempête convective, passant de 43 000 pieds à 60 000 pieds et vice-versa pour collecter des échantillons. Lors de deux vols, le Canberra a étudié le flux sortant du typhon Haima, et lors de son dernier vol, il a plongé dans des nuages de gaz volcaniques provenant d’îles de Papouasie-Nouvelle-Guinée pour échantillonner des composés de soufre. Pour certains des vols, des instruments lancés par ballon ont étudié la même parcelle de ciel que NASA 927, permettant de vérifier les données de sa charge utile.
Les équipes chargées des instruments ont suivi les vols depuis le hangar de United, en utilisant les images des satellites météorologiques pour diriger l’avion vers les meilleurs endroits pour l’échantillonnage. « C’était très interactif », explique Eric Jensen. « Nos trajectoires de vol variaient presque constamment pour obtenir les données les plus intéressantes. » Jensen participe à des projets scientifiques aéroportés depuis le milieu des années 1990, et il considère POSIDON comme « l’une des meilleures campagnes de ma carrière. Je ne peux pas dire assez de bien de l’équipage. Ils étaient tout à fait disposés à décoller et à atterrir sous la pluie, ce que l’ER-2 est réticent à faire et que le Global Hawk n’envisage même pas. C’était tout simplement idéal pour ce travail ». Jensen propose des missions de suivi pour étudier les conditions autour du Japon, au large des côtes africaines et dans l’Arctique. « Cela nous aidera à obtenir une image complète de la façon dont les aérosols sont distribués à l’échelle mondiale », dit-il.
Mais les Canberra ont déjà eu de longues carrières, et combien de temps encore ils continueront à être en état de vol n’est pas certain. Un défi technique majeur en particulier se profile. Toutes les grandes pièces usinées d’origine dans les ailes des NASA 926 et 928 sont faites d’un alliage d’aluminium appelé 7079-T6. À l’époque où les avions ont été construits, « c’était le matériau – c’était une excellente chose », déclare Kevin Krolczyk, ingénieur principal du WB-57. « Des années plus tard, cependant, on a découvert qu’il présentait de mauvaises propriétés de corrosion sous contrainte – il est très sensible à la fissuration par corrosion sous contrainte. » Toute tension, y compris l' »affaissement » des ailes lorsque les appareils sont au sol, exacerbe le problème. « Personne ne l’utilise aujourd’hui. Mais nous ne pouvons pas le faire parce que toute la structure est faite de ce matériau », explique M. Krolczyk. Les équipes de maintenance inspectent régulièrement les ailes, et l’équipe a remplacé quelques petits morceaux de longeron – environ 10 à 15 % en tout. (Comme l’équipe devait de toute façon reconstruire en grande partie le NASA 927, elle en a profité pour l’équiper de nouvelles ailes). « Nous inspectons beaucoup et avons de bonnes procédures de réparation, mais cela finira par ne plus suffire », dit Krolczyk. « La question est de savoir si ce sera dans deux ans ou dans vingt ans. C’est vraiment difficile à dire. »
Malgré cela, Charlie Mallini dit qu’il n’y a aucune raison de s’inquiéter, ajoutant que la science qu’ils fournissent vaut bien la peine de garder ces avions longtemps après le jour où le reste de leur ligne a été mis en pâture. « Nous allons poursuivre nos activités », affirme-t-il. « Il n’est pas prévu de mettre ces avions à la retraite »… encore une fois. L’Arizona devra attendre un certain temps avant que le NASA 927 ne retourne au dépôt. Il a un ouragan à traverser.
S’abonner au magazine Air &Space maintenant
Cette histoire est une sélection du numéro d’octobre/novembre du magazine Air &Space
Acheter
.