Observations satellitaires et impact climatique sur la planè

Repoussant les limites de l'univers, l'homme continue de tourner son regard vers les étoiles. Cette voie, tracée par les penseurs, les scientifiques et, bien sûr, les auteurs de science-fiction, attire l'humanité depuis des siècles. Elle a toujours été un défi, épineux et compétitif, mais l'homme est une fantastique particule du cosmos, qui va toujours de l'avant, le découvre, le conquiert et en fait sa propre maison. Les programmes spatiaux nécessitent de plus en plus de ressources, qui sont désormais trop importantes pour les pays individuels, même les plus grands. Cela les pousse à la coopération internationale dans l'espace proche et lointain. Les agences spatiales telles que ESA, NASA, etc., ouvrent un nouveau chapitre dans la recherche sur le climat mondial, en lançant des projets de surveillance intégrés afin de développer des politiques efficaces pour lutter contre la crise climatique et résoudre les problèmes environnementaux. Le programme à long terme comprend une série de missions spatiales exploratoires : Observations de la Terre (OT).

Selon le rapport du PNUE, "le monde se trouve à l'épicentre d'une triple crise planétaire liée au changement climatique, à la perte de biodiversité, à la pollution et aux déchets. Le chemin vers le développement durable devient de plus en plus escarpé à mesure que la fenêtre d'opportunité se referme". La Terre est un système extrêmement complexe qui se reproduit grâce à un équilibre unique, dont le déséquilibre pourrait entraîner des processus irréversibles de destruction de l'écosystème planétaire. Selon le dernier bulletin d'information européen 2024, 2023 a été l'année la plus chaude jamais enregistrée ; les communautés biologiques deviennent de plus en plus homogènes, ce qui entraîne une diminution de la biodiversité et l'extinction de nombreuses espèces ; au cours des 50 dernières années, on a assisté à une augmentation irréversible des facteurs anthropiques directs et indirects qui affectent la biosphère. L'importance du changement climatique et son impact sur la biodiversité de la planète est effroyablement évidente.

Les observations par satellite (OS) sont le processus d'analyse de la Terre par télédétection, qui consiste à mesurer le rayonnement électromagnétique de la Terre et de l'atmosphère. Selon les instruments, les satellites effectuent une détection passive ou active. En mode passif, ils mesurent le rayonnement terrestre ou la lumière solaire réfléchie dans le spectre visible ou infrarouge. En mode actif, ils balayent la zone avec un radar (micro-ondes ou laser) et reçoivent un signal réfléchi pour mesurer la hauteur de la végétation, la profondeur des glaciers, le niveau de la mer. Les satellites d'OT (observation de la Terre) sont divisés en deux catégories : les satellites orbitaux et les satellites géostationnaires. Les satellites orbitaux suivent des orbites polaires à basse ou moyenne altitude, couvrant toute la surface de la Terre, tandis que les satellites géostationnaires se trouvent à environ 35 786 km au-dessus de l'équateur terrestre et semblent être immobiles dans le ciel car ils se déplacent à la même vitesse angulaire que la Terre.

Les Observations par satellite (OS) à travers la détection par télédétection (TR) comprennent la surveillance du climat, les prévisions météorologiques, l'étude des changements dans les écosystèmes et l'atmosphère et leur impact les uns sur les autres. En particulier : Atmosphère : température, pression, teneur en gaz à effet de serre ; Océans et mers : température de l'eau, courants, niveau de la mer ; Capacités glaciaires : changements dans les glaciers et niveau de fonte ; Sols et végétation : conditions du sol, végétation, forêts ; Villes et changements anthropiques, impact sur l'environnement ; Pollution atmosphérique : composition, concentration des polluants ; Événements anormaux : ouragans, droughts, floods ; Biodiversité : surveillance de la diversité des organismes vivants et des écosystèmes. Ces axes de recherche permettent d'avoir une vision globale de l'état de notre planète et de ses changements. Six de ces domaines sont également devenus des priorités dans les missions Copernicus et constituent la base de l'OS.

La technologie des systèmes d'exploitation a beaucoup évolué au cours des soixante années qui se sont écoulées depuis le lancement du premier satellite Spoutnik-1 sur une orbite terrestre basse en 1957, avec un simple émetteur radio à bord. Les progrès de la science, des télécommunications et le développement de nouvelles techniques de télédétection, telles que les instruments passifs multi- et hyperspectraux, ainsi que les capteurs LiDAR et les capteurs actifs de radar à synthèse d'ouverture (SAR), ont permis d'adapter au fil des ans les missions des satellites à un plus large éventail d'applications pour s'attaquer à des tâches de plus en plus complexes. Le satellite environnemental de l'ESA (Envisat), lancé en 2002, transportait de nombreux capteurs différents, fournissant un large éventail de données essentielles sur les océans, les terres, l'atmosphère et la cryosphère. L'ESA a déjà développé et déployé la famille de satellites OS Sentinel pour soutenir le projet Copernicus, qui est le programme le plus ambitieux de l'Europe à ce jour. L'introduction de l'intelligence artificielle AI dans les programmes de suivi des satellites est une curiosité.

Les scientifiques de l'université de Leeds ont présenté un réseau neuronal capable de détecter rapidement et avec précision les gros icebergs de l'Antarctique sur des images satellites en seulement 0,01 seconde. Cette nouvelle méthode améliore considérablement les processus laborieux existants. Grâce au radar Copernicus Sentinel-1, les données satellitaires sont transmises à l'intelligence artificielle pour l'analyse et la cartographie des icebergs. En raison de leur fusion avec le terrain blanc environnant, il est difficile de définir les contours exacts des icebergs. Cependant, l'IA relève bien ce défi en adaptant ses algorithmes. Son architecture est basée sur la conception d'un réseau en U et l'entraînement se fait sur différentes données de Sentinel-1. Après une correction automatique des paramètres pour une performance optimale, le système atteint une précision de 99%.

Le OS joue un rôle important dans l'étude et la gestion des écosystèmes et de la biodiversité. Les satellites Landsat, vétérans de l'OT depuis 1972, sont une série de satellites à haute résolution lancés par la NASA. Leurs technologies innovantes permettent de surveiller la santé des plantes, la densité des populations, les migrations d'espèces et l'état de la biodiversité. L'intégration des données Landsat avec les capteurs terrestres permet d'étudier la dynamique des écosystèmes dans l'espace et dans le temps et de prendre des décisions en matière de gestion des terres et de conservation de la nature. Depuis son lancement initial, Landsat a effectué plusieurs missions qui fournissent un flux continu de données. Avec un trio de petits satellites capables de détecter chacun 26 longueurs d'onde différentes, la mission Landsat Next est radicalement différente de ses prédécesseurs en 50 ans d'OT.

Les chercheurs de l'université Griffith ont constaté que moins de 13 % de l'habitat de l'opossum australien dans le Queensland est au bord de l'extinction en raison de fortes précipitations et d'incendies de forêt. Ils ont utilisé les données de télédétection Landsat pour cartographier la couverture forestière, les données lidar GEDI pour cartographier la hauteur des forêts et les données GlobBiomass pour évaluer la densité et la biomasse des forêts. Les données satellitaires ont permis de créer une carte des caractéristiques et de la maturité des forêts afin d'identifier les zones favorables aux opossums. Les résultats de la recherche ont été communiqués au gouvernement du Queensland et ont permis de prendre des mesures pour étendre les zones protégées et conserver la biodiversité afin de protéger les opossums et d'autres espèces animales.

La protection de notre planète et de son atmosphère est une priorité absolue. À cette fin, un certain nombre de missions satellitaires (menées par EUMETSAT, ESA et NASA) ont été lancées, dans le but de surveiller et de protéger toutes les formes de vie sur Terre, ainsi que d'étudier les changements atmosphériques, climatiques et des écosystèmes. Voici un bref aperçu de quelques-unes des missions opérationnelles : satellites géostationnaires Meteosat de deuxième et troisième génération ; nouvelle mission Landsat Next de la NASA ; missions Vigil de l'ESA : observation du Soleil ; mission Copernicus : de Sentinel-2 à Sentinel-6 ; GOCE : mission gravimétrique de l'ESA ; SMOS : mission de l'ESA sur l'eau ; CryoSat : mission de l'ESA sur la glace ; Swarm : mission de l'ESA sur le champ magnétique ; Aeolus : mission de l'ESA sur les vents ; EarthCARE : mission de l'ESA sur l'observation des nuages et des aérosols ; Biomass : mission de l'ESA sur les forêts ; FLEX : mission de l'ESA sur la photosynthèse.

L'approche scientifique de 3Bee pour évaluer l'impact sur la biodiversité permet une évaluation préliminaire de la biodiversité présente dans la zone (Biodiversity Site Assessment). L'analyse combine les données des satellites Sentinel I et II, l'analyse satellitaire et les informations provenant de bases de données publiques, et permet de générer des indicateurs synthétiques qui reflètent l'état actuel de la biodiversité et la capacité de la zone à soutenir les pollinisateurs sauvages. Sur la base de ces résultats, des interventions spécifiques au site sont planifiées et des stratégies sont formulées pour régénérer la biodiversité.