Réchauffement climatique : comment les satellites permettent de surveiller l'état de la Terre
Réchauffement climatique : comment les satellites permettent de surveiller l'état de la Terre
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L'observation de la Terre et la compréhension du changement climatique forment une "top priorité". C'est ce qu'ont répété des dirigeants de l'Agence spatiale européenne, mercredi 23 novembre, à Paris, à l'occasion de la présentation de son budget record pour les trois années à venir (16,9 milliards d'euros). "L'observation de la Terre est cruciale. On ne peut pas manager ce que l'on n'observe pas", résume le Français Jean-Noël Thépaut, l'un des directeurs de Copernicus, le programme européen d'observation du changement climatique. Des données qui, aussi riches soient-elles, doivent être enrichies et croisées avec des mesures sur le terrain. Pour y voir plus clair, et prendre de la hauteur, franceinfo fait un petit tour d'horizon des observations réalisées par des satellites et sur les apports des données satellitaires.
En observant les glaciers
Des chercheurs du CNRS ont publié, en avril 2021, une "première cartographie complète" de l'évolution des glaciers dans le monde. Les scientifiques se sont principalement appuyés sur environ 500 000 images prises entre 2000 et 2020 par Terra, un satellite de la Nasa, situé à 700 km d'altitude. Ils ont plus particulièrement exploité les données prises par le capteur Aster. Ce dernier pointe à l'aplomb du satellite et à 28 degrés vers l'arrière, précise Etienne Berthier, glaciologue au CNRS, qui a dirigé l'étude. Grâce à cet instrument, les scientifiques réalisent des "couples d'images stéréoscopiques" avec lesquels ils peuvent déterminer l'altitude des glaciers et leur évolution au fil des années. Cela a permis, par exemple, de montrer celle du glacier Upsala, qui se trouve en Patagonie (Argentine). Entre 2003 et 2018, ce dernier a reculé de 4 km, perdu plus de 800 km2 et s'est aminci de plus de 4 m par an.
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Si l'image ci-dessus ne montre qu'un seul glacier, le travail porte au total sur 220 000 glaciers autour de la Terre. "Nous couvrons 99% de l'ensemble", remarque Etienne Berthier. Le caractère exhaustif des observations, permis grâce aux satellites, est capital. Jusqu'au milieu du XXe siècle, les données disponibles ne concernaient qu'une cinquantaine de glaciers. Les autres demeuraient inobservés en raison de leur présence dans des zones reculées et difficiles d'accès.
"Dans l'hémisphère sud, avant les satellites, il y avait très peu de mesures. Aux pôles, c'est pareil. De façon générale, ce que les satellites ont apporté, c'est une couverture globale qu'un réseau au sol ne permet pas."
Jean-Noël Thépaut, directeur du programme Copernicusà franceinfo
Avant l'arrivée des données satellitaires, pour les scientifiques, l'exercice était d'extrapoler pour essayer d'avoir des estimations globales malgré des "incertitudes très fortes". Grâce aux informations glanées depuis l'espace, les experts ont découvert que les 50 glaciers bien connus "n'étaient pas représentatifs de l'ensemble des glaciers du globe". "Nous restons quand même dans la confirmation de tendances vues sur le terrain", tempère Etienne Berthier. En clair, les connaissances se sont consolidées.
"Les scientifiques ont un discours plus clair. Nous avons une confiance élevée dans ce que nous présentons. Maintenant, elle est de 100%."
Etienne Berthier, glaciologue au CNRSà franceinfo
Le glaciologue s'inquiète, car le satellite Terra, lancé en 1999, arrive en fin de vie et aucun successeur équivalent n'est prévu. Sans lui, les scientifiques perdront en finesse d'analyse. Ils pourront connaître l'évolution de l'ensemble de toute région mais "nous n'aurons pas l'évolution des glaciers un par un", souligne Etienne Berthier. Pourtant, estime-t-il, il est "crucial d'assurer la pérennité de ce genre d'observations".
En mesurant le niveau de la mer
Le recul des glaciers fait partie des informations désormais populaires sur le réchauffement climatique. La montée des eaux également. Sur ce volet, le satellite de l'ESA Sentinel-6 est en pointe. Lancé en novembre 2020, il orbite à plus de 1 300 km d'altitude et sa mission consiste notamment à faire de l'altimétrie. Concrètement, il est équipé d'un radar qui envoie un signal tous les 7 kilomètres, soit à chaque seconde. Le temps d'aller-retour du signal est mesuré, donnant au final une précision très fine, de l'ordre du millimètre. Une animation du réseau Copernicus a schématisé le fonctionnement de Sentinel-6.
>> Découvrez notre dossier sur la montée des eaux
L'image qui suit est le premier relevé des anomalies du niveau de la mer réalisé par Sentinel-6, en décembre 2020, au large du cap de Bonne espérance (Afrique du Sud). La ligne marquée "S6MF" correspond au relevé de Sentinel-6. Les autres lignes correspondent à ceux effectués par des prédécesseurs : "JA3" pour Jason-3, "S3A" pour Sentinel-3A, "S3B" pour Sentinel Sentinel-3B.
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Le cumul de tels relevés a montré une élévation du niveau de la mer sur les 30 dernières années. Surtout, il a mis en évidence son accélération, souligne Pierre-Yves Le Traon, directeur scientifique du centre océanographique Mercator et directeur de recherche à l'Ifremer.
"Nous étions à 2 mm par an avant en début de période. Ces dernières années, il est à 4 mm par an."
Pierre-Yves Le Traon, océanographeà franceinfo
"Le point essentiel est d'avoir des données sur le long terme", insiste-t-il. "La COP27 a bien insisté sur le suivi des océans et le besoin d'observer dans le temps long pour comprendre, prévoir et s'adapter", abonde-t-il. D'où l'importance de l'"intercalibrage" entre un ancien satellite et son successeur. Pour ces passages de flambeau, les scientifiques font voler les satellites ensemble sur de longues périodes – six mois voire un an. L'objectif : bien comprendre les éventuelles différences afin d'harmoniser les données recueillies par les différentes générations de satellites.
Ce qui est valable pour les données relatives aux océans l'est aussi pour d'autres domaines. De façon générale, produire de longues séries de relevés est fondamental pour les questions climatiques, insiste Carole Deniel, responsable du programme composition atmosphérique au Centre national des études spatiales (Cnes).
"Obtenir des données météorologiques constantes, de façon étalonnée, de façon continue, est très important pour suivre les tendances au long terme du climat."
Carole Deniel, chercheuse au Cnesà franceinfo
Sentinel-6 fait partie de la flotte européenne Copernicus, qui compte "six types de sentinelles, qui font un scanner ou un IRM de la Terre en permanence", rappelle Jean-Noël Thépaut, l'un des directeurs de ce programme européen. Outre le niveau de la mer, on y trouve notamment des éléments sur la composition atmosphérique, la végétation, les températures ou encore les surfaces continentales.
En traquant les gaz à effet de serre
Le dioxyde de carbone (CO2) est le principal gaz à effet de serre. Il n'est pas le seul membre de cette famille. Le méthane (CH4) en fait également partie. Comme tous les gaz à effet de serre, il contribue de manière significative au dérèglement climatique. Particularité de ce dernier : son pouvoir de réchauffement sur 100 ans est environ 30 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone.
>> On vous explique ce qu'est le méthane, l'autre gaz à effet de serre qui réchauffe le climat
Grâce à des observations satellitaires, des chercheurs ont annoncé en février 2022 avoir identifié environ 1 200 de fuites majeures de méthane dans le monde. Thomas Lauvaux, chercheur en sciences du climat, explique avoir travaillé avec des images prises par le satellite de l'ESA Sentinel-5P, et son capteur Tropomi. L'image qui suit illustre, avec les points jaunes et verts, un panache de méthane issu d’une fuite au Texas (Etats-Unis), prise le 25 septembre 2019.
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Le spécialiste explique que ces fuites sont parfois causées par de la malveillance ou de la négligence, mentionnant par exemple le dysfonctionnement pendant plusieurs années d'une torchère, une tuyauterie élevée sur un site d'extraction qui permet de dégager et de brûler les gaz excédentaires d'hydrocarbures.
Un quart des émissions de méthane dues à l'homme trouve son origine dans l'exploitation d'énergies fossiles, comme le charbon, le pétrole et le gaz naturel, dont le CH4 est le principal composant. Sans surprise, les principales fuites de méthane se trouvent dans les principaux pays producteurs d'énergies fossiles, comme le montre cette carte.
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Thomas Lauvaux confie avoir été "surpris" par les résultats. Il pensait à l'origine que quelques dizaines de fuites allaient être détectées à l'échelle de la planète. C'est finalement beaucoup plus.
"On ne se rendait pas compte que des fuites de méthane arrivaient tout le temps et que personne n'était là pour les voir."
Thomas Lauvaux, spécialiste des gaz à effet de serreà franceinfo
Les quelque 1 200 fuites constatées ont, selon les estimations, un impact climatique comparable à celui de la circulation de 20 millions de véhicules pendant un an. "C'est gigantesque", commente le chercheur, soulignant que seules les fuites les plus importantes ont pu être détectées.
Moins médiatisée que d'autres éléments responsables au réchauffement climatique, la traque du méthane est prise très au sérieux. Lors de la COP27, l'ONU a annoncé un nouveau programme visant le méthane baptisé "Methane Alert and Response System" (MARS). Des satellites identifieront les importantes fuites de ce gaz et les gouvernements et entreprises seront prévenus pour pouvoir agir rapidement. Ils pourront aussi bénéficier de conseils sur la manière de résoudre le problème.
L'observation de la Terre et la compréhension du changement climatique forment une "top priorité". C'est ce qu'ont répété des dirigeants de l'Agence spatiale européenne, mercredi 23 novembre, à Paris, à l'occasion de la présentation de son budget record pour les trois années à venir (16,9 milliards d'euros). "L'observation de la Terre est cruciale. On ne peut pas manager ce que l'on n'observe pas", résume le Français Jean-Noël Thépaut, l'un des directeurs de Copernicus, le programme européen d'observation du changement climatique. Des données qui, aussi riches soient-elles, doivent être enrichies et croisées avec des mesures sur le terrain. Pour y voir plus clair, et prendre de la hauteur, franceinfo fait un petit tour d'horizon des observations réalisées par des satellites et sur les apports des données satellitaires.
En observant les glaciers
Des chercheurs du CNRS ont publié, en avril 2021, une "première cartographie complète" de l'évolution des glaciers dans le monde. Les scientifiques se sont principalement appuyés sur environ 500 000 images prises entre 2000 et 2020 par Terra, un satellite de la Nasa, situé à 700 km d'altitude. Ils ont plus particulièrement exploité les données prises par le capteur Aster. Ce dernier pointe à l'aplomb du satellite et à 28 degrés vers l'arrière, précise Etienne Berthier, glaciologue au CNRS, qui a dirigé l'étude. Grâce à cet instrument, les scientifiques réalisent des "couples d'images stéréoscopiques" avec lesquels ils peuvent déterminer l'altitude des glaciers et leur évolution au fil des années. Cela a permis, par exemple, de montrer celle du glacier Upsala, qui se trouve en Patagonie (Argentine). Entre 2003 et 2018, ce dernier a reculé de 4 km, perdu plus de 800 km2 et s'est aminci de plus de 4 m par an.
Si l'image ci-dessus ne montre qu'un seul glacier, le travail porte au total sur 220 000 glaciers autour de la Terre. "Nous couvrons 99% de l'ensemble", remarque Etienne Berthier. Le caractère exhaustif des observations, permis grâce aux satellites, est capital. Jusqu'au milieu du XXe siècle, les données disponibles ne concernaient qu'une cinquantaine de glaciers. Les autres demeuraient inobservés en raison de leur présence dans des zones reculées et difficiles d'accès.
"Dans l'hémisphère sud, avant les satellites, il y avait très peu de mesures. Aux pôles, c'est pareil. De façon générale, ce que les satellites ont apporté, c'est une couverture globale qu'un réseau au sol ne permet pas."
Jean-Noël Thépaut, directeur du programme Copernicusà franceinfo
Avant l'arrivée des données satellitaires, pour les scientifiques, l'exercice était d'extrapoler pour essayer d'avoir des estimations globales malgré des "incertitudes très fortes". Grâce aux informations glanées depuis l'espace, les experts ont découvert que les 50 glaciers bien connus "n'étaient pas représentatifs de l'ensemble des glaciers du globe". "Nous restons quand même dans la confirmation de tendances vues sur le terrain", tempère Etienne Berthier. En clair, les connaissances se sont consolidées.
"Les scientifiques ont un discours plus clair. Nous avons une confiance élevée dans ce que nous présentons. Maintenant, elle est de 100%."
Etienne Berthier, glaciologue au CNRSà franceinfo
Le glaciologue s'inquiète, car le satellite Terra, lancé en 1999, arrive en fin de vie et aucun successeur équivalent n'est prévu. Sans lui, les scientifiques perdront en finesse d'analyse. Ils pourront connaître l'évolution de l'ensemble de toute région mais "nous n'aurons pas l'évolution des glaciers un par un", souligne Etienne Berthier. Pourtant, estime-t-il, il est "crucial d'assurer la pérennité de ce genre d'observations".
En mesurant le niveau de la mer
Le recul des glaciers fait partie des informations désormais populaires sur le réchauffement climatique. La montée des eaux également. Sur ce volet, le satellite de l'ESA Sentinel-6 est en pointe. Lancé en novembre 2020, il orbite à plus de 1 300 km d'altitude et sa mission consiste notamment à faire de l'altimétrie. Concrètement, il est équipé d'un radar qui envoie un signal tous les 7 kilomètres, soit à chaque seconde. Le temps d'aller-retour du signal est mesuré, donnant au final une précision très fine, de l'ordre du millimètre. Une animation du réseau Copernicus a schématisé le fonctionnement de Sentinel-6.
>> Découvrez notre dossier sur la montée des eaux
L'image qui suit est le premier relevé des anomalies du niveau de la mer réalisé par Sentinel-6, en décembre 2020, au large du cap de Bonne espérance (Afrique du Sud). La ligne marquée "S6MF" correspond au relevé de Sentinel-6. Les autres lignes correspondent à ceux effectués par des prédécesseurs : "JA3" pour Jason-3, "S3A" pour Sentinel-3A, "S3B" pour Sentinel Sentinel-3B.
Le cumul de tels relevés a montré une élévation du niveau de la mer sur les 30 dernières années. Surtout, il a mis en évidence son accélération, souligne Pierre-Yves Le Traon, directeur scientifique du centre océanographique Mercator et directeur de recherche à l'Ifremer.
"Nous étions à 2 mm par an avant en début de période. Ces dernières années, il est à 4 mm par an."
Pierre-Yves Le Traon, océanographeà franceinfo
"Le point essentiel est d'avoir des données sur le long terme", insiste-t-il. "La COP27 a bien insisté sur le suivi des océans et le besoin d'observer dans le temps long pour comprendre, prévoir et s'adapter", abonde-t-il. D'où l'importance de l'"intercalibrage" entre un ancien satellite et son successeur. Pour ces passages de flambeau, les scientifiques font voler les satellites ensemble sur de longues périodes – six mois voire un an. L'objectif : bien comprendre les éventuelles différences afin d'harmoniser les données recueillies par les différentes générations de satellites.
Ce qui est valable pour les données relatives aux océans l'est aussi pour d'autres domaines. De façon générale, produire de longues séries de relevés est fondamental pour les questions climatiques, insiste Carole Deniel, responsable du programme composition atmosphérique au Centre national des études spatiales (Cnes).
"Obtenir des données météorologiques constantes, de façon étalonnée, de façon continue, est très important pour suivre les tendances au long terme du climat."
Carole Deniel, chercheuse au Cnesà franceinfo
Sentinel-6 fait partie de la flotte européenne Copernicus, qui compte "six types de sentinelles, qui font un scanner ou un IRM de la Terre en permanence", rappelle Jean-Noël Thépaut, l'un des directeurs de ce programme européen. Outre le niveau de la mer, on y trouve notamment des éléments sur la composition atmosphérique, la végétation, les températures ou encore les surfaces continentales.
En traquant les gaz à effet de serre
Le dioxyde de carbone (CO2) est le principal gaz à effet de serre. Il n'est pas le seul membre de cette famille. Le méthane (CH4) en fait également partie. Comme tous les gaz à effet de serre, il contribue de manière significative au dérèglement climatique. Particularité de ce dernier : son pouvoir de réchauffement sur 100 ans est environ 30 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone.
>> On vous explique ce qu'est le méthane, l'autre gaz à effet de serre qui réchauffe le climat
Grâce à des observations satellitaires, des chercheurs ont annoncé en février 2022 avoir identifié environ 1 200 de fuites majeures de méthane dans le monde. Thomas Lauvaux, chercheur en sciences du climat, explique avoir travaillé avec des images prises par le satellite de l'ESA Sentinel-5P, et son capteur Tropomi. L'image qui suit illustre, avec les points jaunes et verts, un panache de méthane issu d’une fuite au Texas (Etats-Unis), prise le 25 septembre 2019.
Le spécialiste explique que ces fuites sont parfois causées par de la malveillance ou de la négligence, mentionnant par exemple le dysfonctionnement pendant plusieurs années d'une torchère, une tuyauterie élevée sur un site d'extraction qui permet de dégager et de brûler les gaz excédentaires d'hydrocarbures.
Un quart des émissions de méthane dues à l'homme trouve son origine dans l'exploitation d'énergies fossiles, comme le charbon, le pétrole et le gaz naturel, dont le CH4 est le principal composant. Sans surprise, les principales fuites de méthane se trouvent dans les principaux pays producteurs d'énergies fossiles, comme le montre cette carte.
Thomas Lauvaux confie avoir été "surpris" par les résultats. Il pensait à l'origine que quelques dizaines de fuites allaient être détectées à l'échelle de la planète. C'est finalement beaucoup plus.
"On ne se rendait pas compte que des fuites de méthane arrivaient tout le temps et que personne n'était là pour les voir."
Thomas Lauvaux, spécialiste des gaz à effet de serreà franceinfo
Les quelque 1 200 fuites constatées ont, selon les estimations, un impact climatique comparable à celui de la circulation de 20 millions de véhicules pendant un an. "C'est gigantesque", commente le chercheur, soulignant que seules les fuites les plus importantes ont pu être détectées.
Moins médiatisée que d'autres éléments responsables au réchauffement climatique, la traque du méthane est prise très au sérieux. Lors de la COP27, l'ONU a annoncé un nouveau programme visant le méthane baptisé "Methane Alert and Response System" (MARS). Des satellites identifieront les importantes fuites de ce gaz et les gouvernements et entreprises seront prévenus pour pouvoir agir rapidement. Ils pourront aussi bénéficier de conseils sur la manière de résoudre le problème.
Nombre de scientifiques attendent avec impatience de nouveaux satellites capables de s'intéresser à un problème plus central que celui du méthane. Avec la mission CO2M, qui doit être lancée fin 2025 au plus tôt, une sentinelle (Sentinel-7) sera dédiée à la détection des émissions de CO2 anthropiques, c'est-à-dire les émissions de dioxyde de carbone directement liées aux activités humaines. Des observations fondamentales pour la lutte contre le réchauffement climatique puisqu'il est désormais établi que l'homme est à l'origine de l'actuelle crise climatique.
