Il pleut davantage en ville que dans la campagne environnante, mais peut-être pas autant qu’on le pensait. Des chercheurs montrent que les changements intervenus dans les réseaux de satellites influencent aussi les tendances observées.

Comme d'autres pays, l'Australie a été touchée, sur sa côte est par un épisode de mauvais temps, marqué par des orages, de fortes pluies et des crues soudaines à Sydney et dans certaines régions de la Nouvelle-Galles du Sud et en tant que chercheurs, nous nous sommes demandés si les villes influencent elles-mêmes les précipitations qui s’abattent sur elles.

La question est importante, car la majorité de la population vit désormais en milieu urbain. Si l’urbanisation modifie les précipitations, même légèrement, les conséquences peuvent toucher un grand nombre de personnes à travers les risques d’inondation, la conception des réseaux d’évacuation des eaux pluviales, l’approvisionnement en eau et la planification des infrastructures.

Les données satellitaires montrent de manière constante que de nombreuses villes connaissent davantage d’épisodes pluvieux que les zones rurales qui les entourent. L’explication la plus courante est que les villes elles-mêmes jouent un rôle : la chaleur urbaine, la rugosité accrue des surfaces, les aérosols et les modifications de l’occupation des sols peuvent tous influencer le développement des tempêtes et la répartition des précipitations.

Notre nouvelle étude, publiée dans la revue Environmental Research Letters, pose une question centrale : ces observations reflètent-elles de véritables modifications des précipitations ou dépendent-elles de la façon dont nous les mesurons ?

Pourquoi les satellites sont indispensables

Comprendre les précipitations au-dessus des villes est une tâche complexe.

Les pluviomètres mesurent avec précision la pluie en un point donné, mais leur répartition est irrégulière et ils ne permettent pas de rendre compte pleinement des variations des précipitations à l’échelle d’une grande agglomération. Les modèles climatiques peuvent simuler avec finesse la météo urbaine, mais effectuer des simulations à l’échelle du kilomètre pour de nombreuses villes et sur plusieurs décennies demeure extrêmement coûteux en puissance de calcul.

Les observations satellitaires permettent de combler cette lacune.

Le système Integrated Multi-satellite Retrievals for GPM, ou IMERG, développé par la NASA, fournit des estimations des précipitations à haute résolution sur la quasi-totalité du globe. Il est aujourd’hui largement utilisé pour étudier les pluies en milieu urbain.

Ce que révèlent les données satellitaires

Nous avons analysé les données de précipitations d’IMERG dans 15 des plus grandes villes du monde, dont Sydney et Melbourne. Ces villes couvrent une grande diversité de climats et de contextes géographiques, comprenant à la fois des régions côtières et des régions de l’intérieur des terres.

Un schéma clair s’est dégagé. Les épisodes pluvieux étaient plus fréquents au-dessus des zones urbaines que dans les zones rurales voisines. Le signal le plus marqué n’était pas que chaque tempête devenait plus intense, mais que les satellites comptabilisaient davantage d’heures de pluie au-dessus des villes. Les épisodes individuels sur les centres urbains déversaient souvent moins d’eau que ceux observés dans les zones environnantes.

Autrement dit, le principal signal urbain observé dans les données IMERG n’est pas une pluie plus abondante, mais une pluie plus fréquente.

Des capteurs différents, des récits différents

Les données satellitaires modernes sur les précipitations combinent des observations infrarouges et micro-ondes.

Les capteurs infrarouges estiment les précipitations de manière indirecte à partir de la température au sommet des nuages. Ils offrent une couverture étendue, mais peuvent passer à côté des pluies faibles, peu profondes ou associées à des nuages chauds, car celles-ci peuvent survenir même lorsque le sommet des nuages n’est pas particulièrement froid.

Les satellites équipés de capteurs micro-ondes évoluent sur des orbites basses et détectent des signaux plus directement liés aux gouttes de pluie et aux cristaux de glace présents dans les nuages. Ils sont donc particulièrement utiles pour déterminer si des précipitations sont réellement en cours.

Lorsque nous avons séparé les données IMERG selon le type d’observation utilisé, nous avons constaté que le signal urbain provenait principalement des observations micro-ondes, tandis que les estimations fondées sur l’infrarouge ne révélaient aucun schéma urbain particulier.

Cela ne signifie pas que le signal détecté par les micro-ondes est erroné, mais cela soulève un problème potentiel pour les études à long terme : les observations micro-ondes ont évolué au fil du temps. De nouveaux satellites ont été mis en service tandis que d’autres ont été retirés, et, dans les villes que nous avons étudiées, la fréquence d’échantillonnage par micro-ondes était presque deux fois plus élevée en 2023 qu’en 2001.

C’est un point important, car plus un capteur micro-onde survole fréquemment une zone, plus il a de chances de détecter des épisodes pluvieux. Une averse légère passée inaperçue en 2002 peut aujourd’hui être enregistrée par l’un des nombreux satellites susceptibles de survoler la région dans l’heure.

Évaluer l'impact des outils de mesure

Pour déterminer si cette évolution de l’échantillonnage influençait les tendances observées au niveau des précipitations, nous avons comparé les observations micro-ondes et non micro-ondes à leurs moyennes de long terme. Cette méthode nous a permis de distinguer ce qui relevait des changements dans l’échantillonnage satellitaire de ce qui résultait de véritables évolutions météorologiques.

Les variations de l’échantillonnage micro-onde expliquaient jusqu’à environ 20 % des tendances de long terme observées pour les précipitations dans les 15 villes étudiées. Concernant la fréquence des pluies, des villes comme Lagos, Londres, Melbourne, Pékin, Berlin, Mexico City et Paris présentaient des zones où plus de 40 % de la tendance apparente pouvait être attribuée à l’évolution du système d’observation lui-même.

Les satellites n’expliquent donc pas à eux seuls le schéma de précipitations observé au-dessus des villes. Après correction des effets liés à l’échantillonnage, ce signal subsiste, mais la tendance de long terme apparaît moins marquée. En d’autres termes, il semble bien qu’il pleuve plus souvent au-dessus des villes, mais probablement dans une moindre mesure que ce que les premières estimations laissaient penser.

Et maintenant ?

Pour Sydney, nous avons également comparé les données d’IMERG à celles de CMORPH, un autre dispositif satellitaire consacré aux précipitations, ainsi qu’aux mesures des pluviomètres du Bureau of Meteorology australien. CMORPH a mis en évidence un schéma urbain similaire, même si les deux jeux de données ne sont pas totalement indépendants puisqu’ils reposent en partie sur les mêmes observations micro-ondes.

Les pluviomètres constituent un moyen de vérification plus indépendant. Toutefois, à Sydney comme dans la plupart des villes, le nombre de stations situées en dehors du cœur urbain est trop limité pour confirmer avec certitude, à partir des seules observations au sol, l’ampleur réelle du phénomène.

Les données satellitaires sur les précipitations sont aujourd’hui utilisées dans de nombreux domaines : sciences du climat, évaluation des risques d’inondation, agriculture, assurance ou encore gestion des ressources en eau. Dans de nombreuses régions du monde, elles constituent même la seule source cohérente d’observations pluviométriques sur de vastes territoires. Nos résultats invitent toutefois à la prudence : une partie de tendance relevée peut provenir de l’évolution des systèmes d’observation plutôt que d’un changement réel du climat.

Quant aux raisons pour lesquelles les villes connaissent des pluies plus fréquentes, les explications les plus plausibles sont bien connues : la chaleur urbaine qui favorise l’ascension de l’air, les surfaces plus rugueuses qui dévient les vents vers le haut, ainsi que les aérosols qui modifient la formation des gouttelettes dans les nuages. Le phénomène est réel. Le défi consiste désormais à le mesurer correctement.

Shankar Sharma a reçu des financements de l'Australian Research Council.

Andy Pitman a reçu des financements de l'Australian Research Council.

Jason Evans a reçu des financements de l'Australian Research Council.

Ce soir, en fermant les yeux dans votre lit, il vous arrivera quelque chose d’étrange. Vous passerez d’une pensée ordinaire à un rêve. Vous ne sauriez dire quand exactement. On imagine que la frontière est nette : éveillé, on pense ; endormi, on rêve. Pourtant, dans notre étude, publiée dans Cell Reports, nous montrons que cette frontière n’existe pas vraiment. On peut rêver avant de s’endormir, et planifier sa journée de demain en plein sommeil.

Pensez à ce que signifie être éveillé. Là, maintenant, en lisant ces lignes : des bruits vous parviennent, une lumière vous éclaire, un tissu touche votre peau. Vous êtes ancré dans le monde. Dormir, c’est un peu l’opposé. Vous êtes immobile, coupé de l’extérieur et habité par des expériences construites de l’intérieur : les rêves.

Entre les deux, il y a un laps de temps. On ne bascule pas d’un état à l’autre comme on éteint une lumière. C’est une transition graduelle où l’activité cérébrale ralentit, les muscles se relâchent, la respiration s’approfondit. Et l’esprit, lui, ne disparaît pas, il prend d’autres formes : des pensées liées à la journée écoulée ou à celle de demain, des images fugaces, quelques bribes de musique, des fragments de rêves… Les chercheurs appellent ça les « hypnagogies ».

Le problème, c’est que ces expériences sont fugaces et changeantes, difficiles à rapporter, encore plus à classifier. Comment passe-t-on de « Qu’est-ce que je mange demain » à « Je suis assis dans un train qui roule sous l’eau » ? Jusqu’ici, les chercheurs tentaient de les ranger dans des cases en fonction de ce qu’elles sont (« Celle-ci semble bizarre, donc c’est un rêve ») ou selon le moment où elles apparaissent (« J’exclus tout ce qui arrive à l’éveil »). Résultat : on savait qu’une multitude d’expériences traversent l’esprit pendant l’endormissement, mais sans être sûrs desquelles ni de quand ou comment le cerveau les fabrique. C’est exactement ce qu’on a voulu comprendre.

Laisser les données parler

Pour y voir plus clair, il fallait abandonner les catégories toutes faites et laisser les données parler. Nous avons enregistré l’activité cérébrale de 103 participants pendant qu’ils faisaient la sieste au laboratoire, par électroencéphalographie ou EEG : des électrodes sont placées sur la tête pour capter les signaux neuronaux et permettent de distinguer l’éveil (ondes rapides alpha) du sommeil léger (ondes plus lentes, thêta et sigma, avec de soudaines ondes très lentes et de brèves bouffées d’activité intense).

À plusieurs reprises, nous les avons interrompus avec un son pour leur poser une question toute simple : « Qu’est-ce qui vous traversait l’esprit juste avant l’alarme ? » Puis on leur a demandé de noter leur expérience sur quatre dimensions : à quel point elle était bizarre (et non ordinaire), fluide et continue (ou, au contraire, fragmentée), spontanée (sans contrôle volontaire), ainsi que leur impression d’être éveillés ou endormis.

Au total, nous avons récolté 375 expériences à l’endormissement. Plutôt que de décider nous-mêmes ce qui relevait du rêve ou de la pensée d’éveil, nous avons confié les expériences à un algorithme de Machine Learning. Sa tâche était de regrouper ces expériences en « états mentaux » sans qu’on lui dise à l’avance ce qu’ils devaient être.

En prenant en compte les notes des participants sur les quatre dimensions simultanément, l’algorithme cherchait des groupes d’expériences qui se ressemblent – un peu comme s’il cherchait des « familles » sur une carte à quatre coordonnées. Grossièrement : des fragments de souvenirs (« Une image de mon père m’est venue à l’esprit »), des pensées liées à l’environnement (« J’écoutais les bruits de la rue »), des imageries oniriques (« Je voyais des petits extraterrestres »), et des réflexions volontaires (« Je pensais à ce que j’allais faire demain »).

La question suivante s’imposait d’elle-même : à quel moment chacun de ces états surgit-il, entre l’éveil et le sommeil ?

Rêver éveillé, réfléchir en dormant

C’est là que les résultats deviennent surprenants. On s’attendait à un scénario simple : les pensées rationnelles à l’éveil, les imageries bizarres dans le sommeil. Et certains schémas allaient dans ce sens : en s’enfonçant dans le sommeil, l’état mental lié à l’environnement et celui lié aux réflexions volontaires se raréfiaient.

Mais voilà le cœur de notre découverte : les quatre états apparaissaient partout – à l’éveil, aux premiers instants de l’endormissement (stade N1) et dans un sommeil plus installé (stade N2). Ce qui nous traverse l’esprit n’est pas dicté par le fait d’être éveillé ou endormi.

En pratique, certains cas se sont révélés franchement paradoxaux. Une participante, parfaitement éveillée (ondes alpha sur l’EEG, signature de l’éveil) rapportait : « Des fourmis grimpaient sur moi avec des mots croisés en arrière-plan. » Un participant endormi en stade N2 (soudaines ondes amples sur le tracé, marqueur classique du sommeil) disait simplement : « Je pensais au travail. » On rêve avant de dormir, on réfléchit en dormant.

Il restait un point à élucider : le cerveau ne fonctionne pas de la même façon à l’éveil et dans le sommeil ; pendant le sommeil, il ralentit, il se synchronise. Alors comment une expérience onirique peut-elle survenir à la fois à l’éveil et au sommeil ? Pour le comprendre, nous avons zoomé : des fenêtres de temps plus courtes pour capter les changements rapides des ondes cérébrales, 64 électrodes pour couvrir le cortex de façon précise, des métriques de signal plus fines que celles utilisées traditionnellement.

Nous avons trouvé des signatures cérébrales des états mentaux. L’imagerie onirique, par exemple, s’accompagnait d’une communication plus faible entre régions cérébrales, comme si ces zones du cerveau parvenaient moins à dialoguer. Le point clé : ces signatures étaient les mêmes, que la personne soit techniquement éveillée ou endormie. Autrement dit, le cerveau peut produire le même type d’expérience mentale indépendamment de l’état de vigilance.

Et vous, qu’est-ce qu’il vous passe par la tête en vous endormant ?

Ces résultats ouvrent une question tout aussi intéressante. Ces expériences mentales, est-ce que tout le monde les traverse ? Dans le même ordre ? Et est-ce que cela dit quelque chose de qui nous sommes ?

Pour le savoir, nous avons conçu Drifting Minds, un questionnaire en ligne d’une vingtaine de minutes qui explore vos expériences mentales à l’endormissement. Plus de 4 500 personnes sur les cinq continents y ont déjà participé. L’objectif est d’identifier des profils d’endormissement dans la population et de voir si s’ils dépendent de l’âge, du sexe, de la culture, mais aussi s’ils sont liés à des traits comme la créativité, l’anxiété, la capacité d’imagerie mentale ou la qualité du sommeil.

À la fin du questionnaire, vous découvrez votre propre profil d’endormissement et pouvez vous comparer aux autres. Participez ici !

Ce que nous cherchons, au fond, c’est à comprendre ce que le cerveau génère dans cet entre-deux. Et ce que cela raconte de nous. Ce soir, en fermant les yeux, vous traverserez une fois de plus ce couloir étrange. Prêtez-y attention : qu’est-ce qui vous passe par la tête juste avant de sombrer ?

Delphine Oudiette a reçu des financements du programme Horizon Europe de l'Union Européenne (ERC consolidator grant).

Nicolas Decat ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

Le 28 mai, lors d’un test de mise à feu statique, la fusée New Glenn de Blue Origin, une entreprise du New Space fondée en 2000 par Jeff Bezos, le créateur d’Amazon, a explosé dans le crépuscule, enveloppant sa rampe de lancement d’une énorme boule de feu. L’incendie spectaculaire a détruit le lanceur, causé des dégâts importants à la seule rampe de lancement de Blue Origin, à Cap Canaveral, en Floride, mais n’a blessé personne.

S’il est encore trop tôt pour connaître la cause exacte de l’explosion, cet incident représente déjà un revers important pour Blue Origin, pour son programme de lanceurs New Glenn et leurs missions prévues de mises en orbite. En effet, l’entreprise dispose d’un seul type de lanceurs capables d’atteindre l’orbite terrestre.

Et, compte tenu de mon expérience d’experte en politique spatiale, je prévois des conséquences importantes des suites de cet échec, non seulement pour Blue Origin, mais aussi pour les ambitions lunaires de la Nasa.

Ce que nous savons pour l’instant

L’explosion s’est produite alors que Blue Origin effectuait un essai statique de son tout nouveau lanceur lourd New Glenn. Ce type de test consiste à maintenir la fusée reliée à l’équipement au sol tout en allumant ses sept moteurs afin de s’assurer qu’ils fonctionnent correctement avant un lancement.

Des explosions comme celle-ci sont assez rares mais elles arrivent. En septembre 2016, par exemple, un lanceur Falcon 9 de SpaceX a explosé juste avant son propre essai statique de mise à feu, détruisant le satellite de communication israélien qu’elle devait mettre en orbite. Il a fallu quatre mois pour déterminer la cause de l’accident, et plus d’un an pour reconstruire la rampe de lancement. À cette époque, SpaceX disposait déjà de deux rampes de lancement, ce qui a permis à l’entreprise de reprendre ses vols dès janvier 2017.

Si ce test de mise à feu de New Glenn avait été concluant, le quatrième lancement effectif de ce puissant lanceur aurait pu avoir lieu. Le programme New Glenn n’a pas été sans embûches jusqu’ici : sur les trois lancements réalisés à ce jour, un seul a été un franc succès. Lors de son précédent lancement le 19 avril, un dysfonctionnement du deuxième étage du lanceur a empêché New Glenn de déployer le satellite qu’il transportait sur la bonne orbite.

Le lanceur qui a explosé fin mai aurait dû transporter, lors de son véritable lancement, une charge utile de satellites Amazon Leo (concurrents de la mégaconstellation Starlink, qui appartient à SpaceX). Ces satellites n’étaient pas à bord lors de l’essai de mise à feu.

Les premiers rapports indiquent qu’outre la fusée détruite, le complexe de lancement a subi des dommages importants. Une installation voisine semble également avoir été endommagée.

Des problèmes pour Blue Origin

Dans l’immédiat, cette explosion va considérablement entraver les ambitieux projets de Blue Origin. Alors que Blue Origin a suspendu son programme de fusées suborbitales New Shepard l’an dernier pour se concentrer sur New Glenn et ses différents projets lunaires, celui-ci va être cloué au sol pendant un moment.

Ce revers survient alors que l’entreprise cherchait à augmenter sa cadence de lancement, avec des projets visant à lancer non seulement des satellites commerciaux, mais aussi les atterrisseurs lunaires développés par Blue Origin.

En effet, cette semaine encore, la Nasa a annoncé qu’elle avait attribué des contrats à Blue Origin pour plusieurs lancements lunaires, dont un prévu cet automne qui devait transporter l’atterrisseur lunaire Blue Moon Mark 1 vers la Lune. La Nasa a également passé un contrat avec New Glenn pour le lancement de deux véhicules lunaires habités dans les années à venir.

Or, à l’heure actuelle, la rampe de lancement endommagée est le seul site de lancement opérationnel de Blue Origin. Une deuxième rampe de lancement est en cours de construction à Cap Canaveral, mais celle-ci ne sera pas prête à temps pour éviter de sérieux retards. Se rabattre temporairement sur d’autres rampes de lancement de la Nasa ou de la Space Force n’est pas non plus une option, car les installations de lancement doivent être adaptées spécifiquement à chaque lanceur.

Des problèmes pour Artemis, le grand programme lunaire de la Nasa et ses partenaires

Si l’explosion va sans aucun doute affecter considérablement Blue Origin, ce sont peut-être la Nasa et son programme Artemis qui en subiront les conséquences les plus importantes. En effet, la mission d’alunissage Blue Moon devait être lancée cet automne et aurait transporté plusieurs charges utiles de la Nasa afin de préparer le terrain pour de futures missions habitées et non habitées vers la surface lunaire.

Un impact encore plus direct pourrait toucher la mission Artemis-3 de la Nasa. En effet, le lancement d’Artemis-3 est dorénavant prévu au plus tôt fin 2027 : la mission doit rester dans l’orbite terrestre et y tester les systèmes d’atterrissage lunaire ainsi que le véhicule Orion, destiné à l’équipage.

La Nasa a attribué des contrats pour ces systèmes d’atterrissage à la fois à SpaceX et à Blue Origin. Alors que l’agence avait initialement prévu d’utiliser une version modifiée du Starship de SpaceX pour ces premières missions lunaires, les retards pris par ce programme offraient à Blue Origin une opportunité de rattraper son retard grâce à son atterrisseur Blue Moon. Mais l’incapacité de Blue Origin à lancer Blue Moon dans un avenir proche risque de mettre l’entreprise hors course pour Artemis-3.

Ce revers signifie qu’Artemis-3, et l’ensemble du programme d’exploration lunaire de la Nasa, dépendront probablement de SpaceX pour le moment.

Alors que SpaceX a réalisé un test relativement réussi de sa nouvelle version de Starship, le 22 mai 2026, il lui faut encore faire de nombreux progrès en seulement un an, avant que le système d’atterrissage de Starship ne soit opérationnel. Si SpaceX ne parvient pas à mettre Starship au point à temps, la Nasa devra sans doute reporter Artemis-3 à 2028.

Les accidents arrivent – le lanceur New Glenn n’est pas le premier à exploser, et ne sera pas le dernier. À une époque où les lancements spatiaux sont presque devenus quotidiens, cet incident nous rappelle à quel point l’exploration spatiale est difficile et que le succès des missions ne va pas de soi.

Wendy Whitman Cobb est affiliée à la `Air University’. Les opinions et conclusions sont celles de l'autrice et ne reflètent pas les politiques officielles ni celles de United States Air Force, du Department of War (Defense), ni de tout autre agence gouvernementale états-unienne. Les mentions de noms de marques ou organisations n'impliquent pas un soutien du gouvernement états-unien.