Satellite d'observation de la Terre

La météorologie constitue la première application spatiale civile de l'observation de la Terre. Le premier satellite d'observation de la Terre est lancé en 1959 soit seulement deux ans après la mise en orbite du premier satellite artificiel Spoutnik 1. Cette année-là les États-Unis placent en orbite le satellite expérimental Vanguard-2. Celui-ci utilise un scanner optique pour réaliser des images de la couverture nuageuse qui sont transmises par radio. Le premier satellite météorologique opérationnel, TIROS-1, qui est placé en orbite par la NASA en 1960, fournit avec une fréquence quotidienne des images des formations nuageuses et constitue un jalon important de la prévision météorologique^[2].

Dès 1959, les États-Unis lancent les premiers satellites espions qui mettent en œuvre le même type d'équipement que les satellites d'observation de la Terre civils. Le programme Corona regroupe la première génération de ces satellites. Les images sont réalisées à l'aide d'appareils utilisant un film argentique qui, après usage, est transféré dans une capsule qui est larguée par le satellite et est récupérée au sol après une rentrée atmosphérique. Cette technique permet d'avoir des images à haute résolution (contrairement aux images filmées par des caméras et transmises par radio) mais le délai entre la prise d'image et son utilisation est long et il est nécessaire de lancer de nouveaux satellites avec une cadence élevée. L'Union soviétique dispose d'un programme similaire reposant sur les mêmes choix techniques.

Toutefois, au début de l'ère spatiale de 1957 à 1966, l'observation de la Terre depuis l'espace à des fins civiles n'est pas considérée comme un objectif important. C'est en analysant les 1 100 photographies de la Terre prises par les astronautes des programme Mercury et Gemini de l'agence spatiale américaine (la NASA) que certaines personnes familières avec les principes physiques à l'origine des émissions d'ondes électromagnétiques, découvrent que ces images pouvaient fournir une grande quantité d'informations inédites. Le premier programme de construction de satellites d'observation de la Terre civil est annoncé en septembre 1966 par la NASA. Malgré l'opposition des militaires américains, le programme EROS (Earth Resources Observation Satellites) est confié à la NASA. Celle-ci, malgré les obstacles dressés par le département de la Défense et le Bureau of Budget (ancêtre de l'Office of Management and Budget) développe le satellite ERTS, rebaptisé Landsat 1, qui est placé en orbite le 23 juillet 1972^[3]. Celui-ci est équipé d'un nouveau type de capteur expérimental, le senseur multispectral (MSS), qui s'avère bien supérieur à la caméra également embarquée qui était initialement l'instrument principal. MSS fournit des vues distinctes de la même région dans quatre longueurs d'ondes (rouge, vert et deux bandes spectrales situées dans l'infrarouge), permettant de mesurer la déforestation, le rendement des cultures, l'extension des déserts et de cartographier des structures géologiques inaccessibles comme les glaciers et les calottes glaciaires^[4].

Landsat 1 est le premier d'une série de satellites rattachés au même programme et aux performances croissantes avec notamment l'instrument Enhanced Thematic Mapper Plus capable de prendre des image dans huit bandes spectrales avec une résolution spatiale de 20 mètres. Des programmes et instruments similaires sont développés par la suite comme la série des satellites français SPOT (1986-2014)et ou l'instrument japonais Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer capable de fournir des images dans 14 bandes spectrales distinctes et embarqué à bord du satellite Terra de la NASA (lancé en 2000)^[5].

Au cours de la décennie 1980 les performances des instruments existants s'améliorent et de nouveaux capteurs sont mis au point tels que les imageurs hyperspectraux capables de fournir des images dans un très grand nombre de bandes spectrales, les spectromètres multi-angulaires qui combinent les prises de vue prises sous différents azimuts et les radars embarqués. Les systèmes à micro-ondes actifs utilisés depuis le début du 20^e siècle pour détecter des objets mouvants sont installés à bord de satellites à compter des années 1980 : ils émettent des impulsions et mesurent les ondes réfléchies. Le radar à synthèse d'ouverture est une variante de cette technologie qui permet d'obtenir des images de nuit ou de jour à travers une couverture nuageuse en mesurant le temps mis par le signal émis et réfléchi pour revenir et en déduire la position, l'altitude et les propriétés d'absorbance de la surface de la Terre. Les applications de ces radars embarqués sur satellites s'est considérablement diversifiée avec par exemple la réalisation d'altimètres capables de mesurer la hauteur de la surface des océans avec une précision de quelques millimètres et de diffusomètres mesurant la rugosité de la surface^[5].

La mission des satellites météorologiques est de fournir des données sur les différents phénomènes atmosphériques (dépressions, anticyclones, vents, nuages, glaces) permettant d'alimenter les modèles de prévision météorologique à court, moyen et long terme. Le recueil des données depuis l'espace permet de disposer d'une couverture complète du globe impossible à obtenir à l'aide de stations terrestres (en particulier au niveau des océans et dans les régions non habitées). Il existe deux catégories complémentaires de satellite météorologique : les satellites géostationnaires, qui occupent une position fixe au-dessus de la Terre, fournissent une image complète de l'hémisphère visible depuis leur position, fréquemment rafraichie mais avec une résolution spatiale relativement faible du fait de leur altitude (36 000 kilomètres). Les satellites à défilement circulent à une altitude de quelques centaines de kilomètres ce qui leur permet de fournir très détaillées mais la fréquence d'actualisation est beaucoup plus faible. Chaque nouvelle génération de satellite comporte des senseurs plus performants et capables d'effectuer des mesures sur un plus grand nombre de canaux.

Les applications dans le domaine de l'océanographie se développent à compter des années 1980. Les satellites permettent d'obtenir rapidement et avec une fréquence d'actualisation élevée des mesures globales de la température de la surface des océans, de la vitesse et de la direction des vents, de la hauteur des vagues et de la houle, des concentrations de phytoplancton et de sédiments en suspension et des variations de hauteur de la mer liées aux marées et aux courants. Ces données n'étaient jusque là disponibles que à travers des expéditions scientifiques longues et couteuses. Les données obtenues permettent des études sur le long terme de l'élévation du niveau des mers et variations de la température de surface^[5].

Les images prises par satellite permettent en comparant celles prises avant et après une catastrophe naturelle (inondation, séisme, éruption volcanique, feu de forêt, pollution maritime, , etc.) d'identifier rapidement les régions touchées et les voies de circulation encore opérationnelles permettant ainsi d'optimiser la distribution et l'acheminement des secours. Les cartes réalisées sont transmises rapidement aux autorités en charge de la sécurité civile. Une charte internationale de l'espace pour la gestion des risques majeurs signée notamment par le CNES (l'agence spatiale française), l'Agence spatiale européenne, la NOAA (en charge des satellites météorologiques américains), l'ISRO, l'agence spatiale chinoise et l'agence spatiale japonaise, normalise les processus d'échange des données produites par les satellites des différentes agences spatiales. En fin de crise les images produites peuvent être également utilisées pour contribuer à évaluer les dégâts^[6].

• Francisco Eugenio González, JavierMarcello Ruiz et Ferran Marqués Acosta, Manuel de télédétection spatiale TLECAN, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 2008, 337 p. (ISBN 978-0-387-98190-1, lire en ligne) — Manuel rédigé avec l'appui de l'Union Européenne
• Philippe Lier, Christophe Valorge et Xavier Briottet, Collectif CNES ONERA, Imagerie spatiale : des principes d'acquisition au traitement des images optiques pour l'observation de la Terre, Éditions Cépaduès, 2008, 489 p. (ISBN 978-2-854-28844-5, présentation en ligne)
• (en) EO Portal, Earth Observation History, EO Portal, 2022, 1308 p. (lire en ligne [PDF]). 
• Fernand Verger, Raymond Ghirardi, I Sourbès-Verger et X. Pasco, L'espace nouveau territoire : Atlas des satellites et des politiques, Belin, 2002, 383 p. (ISBN 978-2701131948, présentation en ligne)

• Applications des satellites
• Imagerie spatiale
• Orbite héliosynchrone
• Satellite de reconnaissance, satellite d'observation de la Terre à des fins militaires
• Satellite de télédétection, satellite effectuant des observations de sa cible à distance (par opposition à une observation in situ)
• Satellite météorologique, un des types de satellites d'observation de la Terre

• (en) Liste et détail des missions spatiales d'observation de la Terre

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