Une brève histoire de l’observation de la Terre

La Terre vue du ciel, c’est tout un poème mais c’est aussi un sacré casse-tête. Que l’on monte au sommet d’un clocher, comme les géomètres du cadastre napoléonien, ou que l’on envoie un satellite en orbite, l’observation du sol se heurte à une implacable réalité : la Terre est ronde.

En ballon ou en avion

Observer la Terre a nécessité un certain progrès technique : il a fallu que l’Homme défie la gravité pour s’élever au-dessus du sol. Passée la prouesse de s’envoler en montgolfière et de la diriger dans les airs à la fin du XVIIIème siècle, les premiers usages de cette innovation sont militaires. En 1794, c’est à la bataille de Fleurus qu’un ballon d’observation est utilisé pour la première fois par l’armée française pour observer les positions ennemies, contribuant sans doute à la victoire. Les armées d’Europe emploient ces ballons d’observation, dits « saucisses » en raison de leur forme, jusqu’à la fin de la Première Guerre Mondiale, pour les remplacer ensuite par les avions de reconnaissance.

Aller plus haut n’a pas qu’un intérêt militaire. C’est à des fins météorologiques que le « ballon-sonde » est inventé à la fin du XIXème siècle par le Français Gustave Hermite. Il bénéficie ensuite du développement des émetteurs radio, permettant dans les années 30 de transmettre les données des capteurs en temps-réel à la Terre. Dès 1940, les capteurs sont embarqués à bord d’avions pour des sondages quotidiens, qui permettront l’affinage des prévisions météorologiques.

La cartographie, elle aussi, tire toujours parti du support de l’aviation. Créé en 1940 pour succéder au Service géographique de l’Armée, l’IGN (Institut national de l'information géographique et forestière) s’appuie sur des photographies aériennes pour réaliser ses cartes. Avec ses relevés de référence pour les randonneurs et les collectivités territoriales, il dispose aujourd’hui de 4 avions qui photographient un tiers de la France chaque année pour reformer avec précision l’ensemble du territoire français.

Odyssée de l’Espace

Malgré tout, le cartographe ne détient qu’une vérité fugace. Aussitôt établie, sa carte est déjà obsolète : une inondation a modifié le lit d’un cours d’eau, des arbres ont été coupés, une maison a été construite… Bref, les prises de vue aériennes n’ont d’intérêt que si l’on peut les renouveler régulièrement et dans des conditions strictement identiques. L’observation de la Terre va donc bénéficier de l’ambition des scientifiques et des dirigeants politiques de toute la planète envers une « frontière » plus haute à conquérir : l’espace.

C’est à nouveau l’armée qui impulse les avancées technologiques nécessaires à cette conquête. En juin 1944, le missile allemand V2 est le premier objet artificiel à atteindre une altitude de 100 km, la limite entre l’atmosphère et l’espace. A la fin de la Seconde Guerre Mondiale, les scientifiques allemands sont enrôlés pour contribuer aux recherches soviétiques et américaines dans la course à l’espace, si emblématique de la Guerre Froide.

En octobre 1957, l’URSS est la première nation à placer un satellite en orbite autour de la Terre, Spoutnik, puis en avril 1961 un homme, Youri Gagarine. Les Etats-Unis répliquent par les premiers pas sur la Lune de Neil Armstrong en juillet 1969. Ces missions, alimentées par la rivalité Est/Ouest, dynamisent la recherche scientifique et les prouesses technologiques, ouvrant la voie à des applications bien plus inspirantes que le prestige national.

Des Sentinel à l'entrée de l'atmosphère

Aujourd’hui, les satellites qui nous survolent ont trois applications majeures : les télécommunications, la localisation/navigation et l’observation de la Terre. La planète bleue étant toujours ronde, la cartographie est toujours aussi technique : il faut redresser les images et les assembler pour constituer une mosaïque. Certes, plus on s’élève, moins la courbure est prononcée et le ballon, l’avion, puis le satellite ont permis d’avoir une vision de moins en moins déformée du terrain. Mais se posent alors d’autres problèmes. L’optique photographique doit être assez sensible pour capter des détails suffisamment précis. Il faut modéliser et compenser les perturbations atmosphériques. Des nuages (et leurs ombres) viennent s’interposer. Au sol, les points de repère changent ou s’estompent, ce qui rend les jointures incertaines. Et, bien sûr, il y a la nuit, qui aveugle les satellites la moitié du temps.

A partir de 1985, les satellites SPOT (Système Probatoire d’Observation de la Terre) lancés par la France fournissent des images d’excellente qualité, plutôt réservées à la recherche, l’armée et quelques grandes entreprises. La raison ? Leur coût. Ces satellites compensent leur faible fréquence de revisite par une optique orientable. Il faut alors redresser les images, ce qui, ajouté aux autres traitements, les rend très onéreuses… et peu concurrentielles, notamment face aux images des satellites américains.

Il y a une vingtaine d’années, l’Europe se dote à son tour de son propre programme d’observation de la Terre : Copernicus. Son volet spatial est constitué d’une série de satellites, les Sentinel, dont les données sont mises à disposition gratuitement. Progressivement déployée depuis 2014, et jusqu’en 2029, la famille Sentinel surveille les continents, les océans et l’atmosphère sous toutes les coutures grâce à une multiplicité de capteurs : optique, infrarouge, radar, chimique… Les Sentinel offrent une résolution au sol de 10m ×10m, qui devrait être portée à 2m × 2m d’ici quatre ou cinq ans, et, surtout, une précieuse répétitivité, puisque chaque point est revisité tous les cinq jours.

Gratuites, riches, précises, répétitives : les images de Copernicus changent la donne en réunissant toutes les caractéristiques pour pouvoir bâtir des services commerciaux utiles aussi bien aux collectivités territoriales qu’aux agriculteurs, en passant par les acteurs de l’énergie ou les assureurs. En enrichissant ces données et en leur adjoignant l’infrastructure, les outils et le support appropriés, une plateforme comme Mundi, soutenue par un consortium mené par Atos, permet aux développeurs d’accéder à cette banque d’information et d’imaginer une foule de services innovants.

Observer une planète verte

Grâce à l’analyse quantitative et qualitative du couvert végétal, l’agriculture apparaît comme l’une des grandes bénéficiaires potentielles de ces nouvelles possibilités, que ce soit pour optimiser les intrants et l’irrigation, prévoir les récoltes, ou planifier et suivre les travaux. Avec la multiplication annoncée des événements climatiques extrêmes, les assureurs sont aussi sur les rangs afin d’en anticiper et d’en évaluer les conséquences à grande échelle.

Face à ces événements, les pouvoirs publics sont eux aussi mobilisés et, tant pour les prévenir que pour intervenir, les images satellites peuvent leur être d’un grand secours. Récemment, ce sont ces images qui ont permis d’identifier la faille responsable du séisme de magnitude 5,4 le 11 novembre 2019 dans la région de Montélimar. Elles peuvent également aider les communes de plus de 20 000 habitants à mettre en œuvre leur Plan Climat-Air-Energie territorial, pour optimiser l’aménagement urbain en luttant contre les îlots de chaleur en centre-ville ou l’artificialisation excessive des sols en amont des zones inondables.

De façon générale, les images satellites sont surtout intéressantes quand elles s’ajoutent à des données issues du terrain. Ainsi, la très grande sensibilité des capteurs de Sentinel permet de détecter d’infimes variations d’altitude sur des ouvrages de très grande dimension (pipeline, digue, viaduc…). Cette indication seule ne suffit pas mais elle permet de déclencher une inspection préventive ciblée. Inversement, on peut relever au sol une pollution ou une mortalité anormale des végétaux et évaluer, grâce au satellite, l’étendue et la propagation du phénomène.

S’éloigner de la Terre, l’observer et la comprendre nous permet donc de préparer des scénarios pour prendre de meilleures décisions en rassemblant toutes les expertises nécessaires. Les données de Sentinel, entre de bonnes mains, peuvent contribuer à monitorer l’équilibre entre nature et activités humaines et revenir vers davantage d’harmonie. Il existe pourtant un risque qu’elles soient détournées pour des objectifs inverses ou qu’elles servent des causes discutables. Il revient ainsi aux écosystèmes constitués autour de la donnée – institutions, entreprises technologiques, startups… - d’inventer les usages de demain, au service d’une société plus éthique et plus verte !