Envisat - des données de première importance

Sur 1,7 km de bande, ces "pizzas" contiendront d'énormes quantités de données arrivées tout droit d'Envisat, le satellite de surveillance de l'environnement de l'Agence spatiale européenne dont le lancement est prévu pour la fin février.

Envisat, le satellite probablement le plus complexe jamais lancé par l'Agence, observera la Terre avec, à son bord, un réseau unique d'instruments très élaborés. Mais ce n'est pas seulement la complexité des instruments qui fascine les scientifiques dans toute l'Europe. Pour beaucoup, ce sont plutôt la quantité et la qualité des données en provenance d'Envisat qui sont la cause réelle d'un tel engouement.

Les scientifiques faisant de la recherche sur le climat pensent que les données contenues dans ces "pizzas" apporteront des solutions aux questions actuellement en suspens sur les changements climatiques de la planète. Si tel est le cas, disent-ils, il ne fait aucun doute qu'Envisat aura une influence directe sur les actions des politiques au niveau national comme au niveau européen.

Mark Doherty, responsable de la division exploitation à l'ESRIN, est persuadé de l'impact d'Envisat. "La possibilité d'avoir des informations solides et fiables sur l'environnement à l'échelle de la planète est en train de devenir un must sur le plan économique, politique et enfin sur le plan de la sécurité, dans les 5 à 15 ans à venir. Ce sera un passage obligé. L'Europe doit donc être capable de se procurer ces informations".

M. Doherty pense qu'Envisat peut délivrer ces ressources précieuses non seulement aux scientifiques et aux politiques, mais également aux citoyens. Mais, qu'est-ce qui a donc convaincu des scientifiques aussi pragmatiques que Mark Doherty qu'un seul satellite pourrait changer le monde dans lequel nous vivons?

Tout simplement le fait qu'une science de qualité peut faciliter les décisions politiques et éclairer l'opinion publique. Cette conviction est fondée sur la présence de données de qualité.

La plupart des chercheurs, quel que soit leur domaine, avouent ne pas connaître la vérité ni même la générer même s'ils sont en quête perpétuelle de vérité. La seule chose que la science peut réellement apporter, c'est une preuve observable. Comme l'a dit Francis Bacon il y a près de 400 ans : "l'homme n'est qu'un serviteur ou interprète de la nature, ses actions et son savoir ne sont que ce qu'il a observé de l'ordre de la nature, dans la réalité ou dans ses pensées."

Alors que les conclusions scientifiques puisent leur véracité dans des preuves ou des données, la nature des données peut tout autant les affaiblir et semer le doute sur la capacité de la science à représenter la réalité. Ce n'est nulle part aussi flagrant que dans le domaine des changements climatiques.

Prenons certaines pommes de discorde actuelles. Malgré le consensus scientifique général sur le rôle du dioxyde de carbone dans le réchauffement de la planète, nous ne connaissons toujours pas exactement sa quantité globale ni la quantité absorbée par les océans et les forêts.

D'après le Prof. Hartmut Grassl, ancien directeur du Programme mondial de recherche sur le climat (WCRP), le fait que nous ne puissions pas expliquer scientifiquement le dégagement et la rétention du dioxyde de carbone alimente une querelle politique beaucoup plus étendue. Or, Envisat apportera une solution indépendante et impartiale à ce problème, dit-il.

"Envisat aura à son bord un instrument appelé SCIAMACHY, chargé de nous indiquer la teneur en CO2 de l'atmosphère. Nous franchirons alors une étape considérable dans notre compréhension du cycle du carbone. Nous pourrons déterminer ce qui émet et ce qui absorbe le carbone à partir des données de cet instrument. Si l'on connaît la teneur globale de carbone de l'atmosphère à un endroit donné et si on la mesure régulièrement à quelques jours d'intervalle, on peut alors exécuter un modèle et en déduire le solde net entre les sources d'émission et les facteurs d'absorption du carbone, par exemple au-dessus de l'Allemagne, de la Grande-Bretagne ou de l'Atlantique. En combinant le modèle et des informations en provenance d'Envisat, on pourrait dire si la forêt allemande absorbe vraiment le carbone en été: voilà un bon exemple d'utilisation de données scientifiques pour une décision politique."

Ceci pourrait avoir une influence majeure sur les débats politiques du moment. Les niveaux de séquestration du carbone constituent le sujet dominant des négociations entre les parties favorables au protocole de Kyoto. D'après Jos Delbeke, l'un des principaux négociateurs de l'Union européenne et directeur du département sur les changements climatiques de la Commission européenne, les données délivrées par Envisat pourraient vraiment aider les politiques.

"En général, les données satellitaires sont relativement faibles, excepté pour les émissions de dioxyde de carbone. Les gaz hors CO2 et la séquestration du carbone sont les domaines qui connaissent le plus d'incertitudes et même des problèmes de méthodologie. Mais si nous réussissons à obtenir une image régionale et planétaire de la séquestration à partir de l'instrument SCIAMACHY, ce sera un progrès majeur. Il y a beaucoup de questions sur lesquelles nous n'avons pas obtenu de bonnes informations ni même une bonne méthodologie de base. Et c'est justement pour cela que la méthodologie Envisat peut être utile."

Envisat est une première en raison de ses instruments à la pointe de la technologie et aussi de leur coordination sans précédent. Pour les scientifiques, c'est formidable d'avoir des données différentes provenant de différents instruments fonctionnant ensemble. Ce sera un avantage-clé des données Envisat, selon Bryan Lawrence, responsable du British Atmospheric Data Centre (Centre britannique de données atmosphériques) des laboratoires Rutherford Appleton.

Il cite comme exemple les problèmes actuels concernant l'ozone. D'après lui, notre compréhension de la couche d'ozone comporterait encore d'énormes lacunes bien que nous ayons réussi à supprimer les chlorofluorocarbones (CFC) de l'environnement ces dernières années. "On ne cesse de dire que le problème de l'ozone est résolu, que nous avons des accords internationaux et que tout est terminé maintenant, qu'il suffit d'attendre que ça sorte de l'atmosphère. Mais, ce n'est pas aussi simple. Nous ne connaissons rien des produits chimiques qui ont remplacé les CFC. Sont-ils réellement sûrs ? Avant, tout le monde pensait que les CFC l'étaient. Pendant 60 à 80 ans, on était absolument certain qu'ils étaient inoffensifs. Mais personne ne soupçonnait leurs effets sur l'ozone. Certains produits de substitution nous ont fait prendre conscience que nous ne comprenions pas leur structure chimique aussi bien qu'il le faudrait. Grâce à ses instruments, Envisat mesurera la structure chimique avec une résolution sans pareil, et c'est précisément la synergie de ces mesures qui sera importante. Encore une fois, Envisat se distingue par la synergie de ses données."

Envisat essaiera de répondre à seulement quelques questions scientifiques controversées. Mais en quoi les réponses d'Envisat diffèrent-elles de celles d'une douzaine d'autres plates-formes spatiales? De par ses données dont la quantité, la qualité et l'évaluation sont exceptionnelles pour un satellite d'observation de la Terre.

Envisat dispose de dix instruments à bord qui amasseront d'immenses quantités de données. Chaque jour, une quantité de données capable de remplir les disques durs de plusieurs centaines de PC sera transmise vers la Terre, collectée via des stations d'écoute et assemblée à l'ESRIN à Rome.

D'après Olivier Arino, responsable de la future section de développement de produits d'application pour utilisateurs institutionnels à l'ESRIN, Envisat est unique en termes de données. "C'est le seul satellite qui fournira, en temps quasi-réel, le groupe de données demandées par les institutions pour surveiller l'application du protocole de Kyoto et d'autres traités sur l'environnement." Cependant, la quantité des données n'est pas tout. Pour Mark Doherty, des petites quantités de données peuvent parfois contenir des informations vitales. "Par exemple, l'altimètre installé à bord d'Envisat est capable de mesurer les variations du niveau de la surface des océans en centimètres. Cette donnée est essentielle quand on veut surveiller où le niveau de la mer augmente. Cet instrument produit des données en petites quantités, mais, dans ce cas, la qualité des informations fournies est beaucoup plus importante que la quantité. Il est certes intéressant d'avoir un grand nombre de données, mais ce sont surtout les connaissances et la vision globale que l'on en tire qui importent."

Quel que soit leur volume, les données ne peuvent être très utiles aux scientifiques que si elles sont fiables. On a connu dans le passé des controverses où les informations provenant des satellites ne correspondaient pas aux observations réalisées depuis la Terre. Comment l'ESA s'y prendra-t-elle pour garantir la fiabilité des données d'Envisat?

"Pour des raisons de crédibilité, nous travaillons avec un organisme mondial, le Comité sur les satellites d'observation de la Terre," déclare Yves-Louis Desnos, responsable des projets scientifiques d'Envisat à l'ESRIN. "Nous vérifions la cohérence des données actuelles entre les différentes missions d'observation de la Terre, que ce soient celles de la NASA, de l'ESA et autres. Nous avons financé une campagne navale à Miami où nous avons installé sur le même navire tous les instruments utilisés pour étalonner et valider les mesures de la température des océans. Avec ces informations, nous pouvons être sûrs que les mesures réalisées par Envisat ou par les satellites américains ont la même traçabilité et qu'ils sont étalonnés les uns par rapport aux autres. Ceci nous permet donc de surveiller les variations de la température des océans sur dix ans avec une précision de 0,3 degré. Nous sommes également en mesure de contrôler les tendances du climat mondial avec confiance."

De nombreux scientifiques européens participent à ce processus d'étalonnage et de validation. Ian Robinson de la School of Ocean and Earth Science (école pour la science des océans et de la Terre) du Southampton Oceanographic Center (Centre océanographique de Southampton, Royaume-Uni) a expliqué comment il garantira l'exactitude des informations provenant de l'instrument MERIS. Ce spectromètre imageur à moyenne résolution fournit des images de la surface des océans et des nuages et il est capable de voir la couleur de l'océan sur dix longueurs d'ondes. "Il ne nous montre pas seulement ce que peuvent voir nos yeux, mais beaucoup, beaucoup plus", dit M. Robinson. Cet instrument étalonne les mesures lui-même à partir d'informations provenant d'autres sources telles que des balises et des navires, puis les compare aux données initiales fournies par Envisat.

Ian Robinson ajoute que cette fois-ci, l'ESA a vraiment pris une longueur d'avance concernant le traitement des données. "L'ESA est plus que jamais prête à passer à l'action, les algorithmes sont disponibles et attendent de recevoir les données, par exemple des mesures de la chlorophylle, très importantes car elles en disent long sur le CO2 présent dans les océans. De nombreux essais ont été réalisés avec des ensembles de données fictifs. Nous savons donc que les systèmes sont en place."

Bryan Lawrence acquiesce: "L'ESA a dépensé beaucoup d'argent pour la validation des données d'Envisat, sous la forme d'un programme de grande envergure bien plus important qu'avant. Les scientifiques disposeront alors de données beaucoup plus fiables. L'ESA a donc le planning bien en main".

La vitesse et la disponibilité immédiate des données sont donc deux éléments essentiels. Pour Yves-Louis Desnos, le fonctionnement d'Envisat en temps quasi-réel fera toute la différence. "Avant, il fallait attendre 35 jours après l'observation pour obtenir les données, voire plus si l'on voulait des relevés de différents instruments. Aujourd'hui, grâce à Envisat, nous pouvons, par exemple, mesurer la température de la surface des océans, avec une très haute précision, et surveiller les vagues des océans et la forêt, tout ceci au même instant."

La perspective de toutes ces données met l'eau à la bouche des scientifiques européens. Jusqu'à maintenant, plus de 700 ont demandé l'autorisation d'utiliser les informations qui seront fournies par Envisat. Mais étant donné la forte quantité de données et de scientifiques désireux de se les approprier, comment les informations pourront-elles transiter sans heurt, de l'espace au laboratoire?

D'après Bryan Lawrence, un des aspects essentiels est l'application de technologies Internet pour la diffusion des données. D'après lui, le "Grid" aura un impact important sur la circulation des données. Il s'agit d'une forme plus complexe d'Internet utilisant la puissance de traitement de tous les ordinateurs reliés à un réseau pour augmenter considérablement les capacités de chacune des machines. "Ce qui se passe actuellement, c'est que la communauté scientifique commence à utiliser des outils existants, développés par des informaticiens et spécialistes de réseaux pour travailler rapidement et à moindres coûts, au lieu de construire une nouvelle infrastructure de plusieurs milliards d'euros pour transmettre les informations. La différence entre l'Internet d'aujourd'hui et le "Grid" de demain, c'est la bande passante, et le fait que ce nouveau réseau soit très répandu et puisse s'imposer facilement."

Jean-Paul Malingreau est conseiller du Centre commun de recherche de la Commission européenne, direction séparée apportant conseils scientifiques et savoir-faire technique aux politiques de l'Union européenne. M. Malingreau reconnaît qu'actuellement, il faut beaucoup trop de temps pour que les données provenant des missions spatiales atterrissent entre les mains des politiques. "C'est long pour diverses raisons d'une part les sujets sont complexes et les scientifiques doivent prendre le temps de communiquer cette complexité, d'autre part, les causes des phénomènes, en particulier des changements climatiques, sont souvent incertaines. Il est clair toutefois que les politiques et le public ont accès à une plus grande part des résultats de recherches. Par contre, sur l'ensemble des données de satellites collectées, beaucoup ne sont pas exploitées au maximum."

Selon M. Malingreau, les politiques sont beaucoup plus conscients qu'il leur faut des données de qualité, en particulièrement dans les années à venir où les négociations sur l'environnement seront amenées à s'intensifier, et surtout des moyens de vérifier les accords, ce qui manque cruellement à l'heure actuelle. "Il est certainement vrai que nous souhaiterions voir la recherche plus exploitée et que les politiques aimeraient avoir plus d'arguments scientifiques sous le coude, au cours des négociations ou des processus de prise de décisions."

Envisat sera accueilli chaleureusement par les membres de la Commission européenne si l'on en croit M. Malingreau. "Envisat est une machine formidable, de nature très complexe, avec dix instruments à son bord, et apportera une immense variété de données et d'informations sur autant de paramètres importants pour l'étude des changements climatiques. Je pense qu'Envisat aura une influence de taille sur la recherche et sur notre progression vers une meilleure compréhension des phénomènes de changements climatiques. Une fois que ces connaissances seront acquises, il restera à les communiquer aux politiques: ce sera alors le maillon suivant de la chaîne d'informations. Et les bons produits donnent toujours de bons résultats."

Les scientifiques considèrent qu'Envisat représente une évolution unique qui aura un impact plus important sur les processus politiques. Envisat est fait pour l'utilisateur. Pour Bryan Lawrence, Envisat sera "plus adapté pour répondre aux besoins de l'utilisateur final". Oliver Arino de l'ESRIN dit que ses collègues et lui sont actuellement en pourparlers avec des responsables politiques et de la planification de l'Union européenne, en particulier la Direction générale de l'environnement de la Commission européenne. "Nous essayons de déterminer les besoins au niveau de l'Union européenne."

Il prend l'exemple de la directive européenne sur l'utilisation et la conservation de l'eau. "Envisat peut donner une image régionale de toute l'Union européenne. L'Union européenne peut naturellement obtenir des informations auprès des gouvernements nationaux, mais il lui faut un instrument capable d'effectuer des comparaisons sur toute l'Union. Et seul Envisat en est capable."

Envisat est censé jouer un rôle primordial non seulement au niveau européen, mais également au niveau national où ses données permettront aux pays de respecter les engagements du protocole de Kyoto. La nouvelle s'est donc répandue des gouvernements vers les institutions politiques et civiles. Oliver Arino cite l'exemple des autorités italiennes de protection civile. "Ils sont venus nous voir à l'ESRIN et nous ont demandé de leur démontrer qu'Envisat était capable de cartographier des forêts brûlées, ce type de carte pouvant être exigé par la loi en Italie. Ces autorités sont prêtes à payer pour accéder aux informations lorsque nous serons en mesure de les leur fournir."

Le lancement d'Envisat arrive au bon moment, alors que les politiques comme les scientifiques sont conscients des capacités du satellite et avides de ses informations pour différentes raisons.

Jos Delbeke du département sur les changements climatiques de l'Union européenne considère que les scientifiques doivent franchir un obstacle de taille avant que leurs données aient un réel impact politique. "La science reconnaît ouvertement les incertitudes du système. Nous devrons donc avoir le courage de récapituler de temps en temps nos travaux et de communiquer aux politiques une vision scientifique commune leur indiquant où nous en sommes. Attendre une réponse scientifique définitive avec 100 % de consensus, c'est attendre Godot. Si rien n'est sûr, les politiques ne pourront pas trier les domaines sur lesquels nous pouvons déjà agir. Pour exercer une véritable influence sur les décisions politiques, les scientifiques doivent avoir plus confiance en leurs données."

Pour Bryan Lawrence, c'est la principale force des données Envisat. "Il suffira de savoir ce que l'on veut, et pas nécessairement comment l'obtenir. Tout ce dont on a besoin et qu'il faut être capable de faire, c'est de poser les bonnes questions. Il n'est pas nécessaire de savoir comment obtenir les informations qui apporteront les réponses. Il n'est pas certain que je sois en mesure de dire aux politiques si c'est blanc ou noir. Par contre, ce qui est certain, c'est que ma réponse sera beaucoup plus fiable, grâce à la complexité et à la vitesse des données d'Envisat."

Pour être acceptées sur le plan politique, les données Envisat doivent "vraiment faire la différence pour le grand public", souligne Ian Robinson. "Envisat doit être rentable. Depuis de nombreuses années, on finance la recherche afin de mieux comprendre les océans, vu qu'il est possible actuellement de mesurer la température de leur surface, leur couleur, etc. Il est donc temps que l'investissement porte ses fruits. Envisat sera très utile aussi pour détecter les proliférations d'algues et les vagues ainsi que pour surveiller la pollution et les marées noires. En observant ces phénomènes en temps réel, Envisat fera véritablement la différence pour le public."

D'après Ian Robinson, même si la science et la politique ne parviennent pas à résoudre tous les problèmes de l'environnement, il y a tout même une raison majeure pour laquelle les données d'Envisat auront un impact planétaire : "C'est leur continuité. Et cette continuité, nous la devons au monde qui ne cesse de collecter les statistiques. Sur beaucoup de plans, nous n'en sommes qu'au début, mais nous devons continuer pour transmettre notre savoir à la génération suivante. Nos enfants n'hériteront peut-être que d'un fouillis de données sur l'environnement, mais au moins, ce sont des données exactes sur lesquelles on peut bâtir des solutions. Notre devoir moral nous oblige à collecter ces données et à les transmettre."

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