La solution du quiz de novembre 2010 : l'île de Pâques observée par le satellite TerraSAR-X

Une question publiée juste après la Toussaint, une réponse juste avant noël. Il s’agit donc bien de l’île de Pâques, vue ici par le satellite radar allemand TerraSAR-X. L’image a été acquise le 28 mars 2010.

L’actualité du début du mois de décembre, avec l’incendie en Israël, la neige à Paris et la publication de l’enquête PISA 2009 ne nous a pas permis de publier la réponse au début du mois.

Image de l’île de Pâques acquise par le satellite radar allemand TerraSAR-X le 28 mars 2010.
Cliquer sur l'image pour l'agrandir. Crédit Image : DLR - Distribution Airbus DS GmbH

C’est Jérémie qui a trouvé le premier, dès le 8 novembre, mais il s’est trompé sur le satellite. Raphaël, Maud, Eric, Christelle, Grégoire et Nicolas ont également fourni la bonne réponse un peu plus tard, chaque fois avec une petite description. Pour le satellite, c’est Grégoire qui a proposé la meilleure réponse : TerraSAR-X ou TanDEM-X.

La méthode la plus étonnante a été proposée par Maud : elle a cherché sous Google « île de forme triangulaire » et… ça marche !

Hanga Roa, la principale zone habitée, se trouve sur la côte nord-ouest (couleur jaune). La ligne noire au sud-ouest est la piste de l’Aéroport Mataveri. Les différentes couleurs qui apparaissent sur cette image radar sont dues à l’irrégularité de la surface.

Les structures artificielles, comme les bâtiments ou les structures urbaines, qui figurent en jaune, contrastent avec les paysages naturels de l’île, notamment les champs de lave ou la végétation. Au centre, la structure régulière est caractéristique de parcelles agricoles.

Le béton réfléchit les faisceaux radar du satellite : au lieu d’être renvoyé dans toutes les directions, le signal radar est réfléchi dans une direction particulière, comme la lumière à la surface d’un miroir. La capteur radar ne mesure alors qu’un signal de faible intensité : ce qui explique pourquoi la piste dessine une ligne noire.

Autour de l’île, les crêtes et les creux des vagues de l’océan Pacifique sont également visibles, avec une mer bien formée : le signal radar est réfléchi différemment selon la position de la vague. Les eaux plus calmes, à proximité de la côte sous le vent, avec une surface plus “lisse”, jouent à nouveau un effet miroir : elles apparaissent plus sombres sur l’image. Cette caractéristique de l’imagerie radar est également utilisée par la détection des pollutions maritimes, accidentelles ou volontaires, par des nappes d’hydrocarbure : la présence d’hydrocarbures en surface rend la mer plus lisse et, selon le vent, produit une image plus sombre que dans les zones où la formation des vagues n’est pas affectée par la pollution (lire à ce sujet sur le blog Un autre regard sur la Terre la série d’articles sur la marée noire causée par BP dans le golfe du Mexique).

L’île de pâques : Paasch-Eyland, Isla de Pascua ou la grande Rapa (Rapa Nui)

C’est le navigateur néerlandais Jakob Roggeveen, premier européen débarquant sur l’île le dimanche de Pâques 5 avril 1722, qui lui donna son nom de baptême.

C’est l’une des îles habitées les plus isolées au monde, au milieu du Pacifique Sud, à plus de 3500 km de Santiago du Chilii, pays auquel elle est rattachée depuis 1888, et à plus de 4000 km de Tahiti. Elle a une forme presque triangulaire avec une surface totale de 166 km2. Le grand côté du triangle mesure environ 23 kilomètres.

L’île de Pâques vue sous Google Earth. Pas de problème pour l’eau salée… Crédit image : Google

Les voisins les plus proches, une cinquantaine de descendants des marins du vaisseau anglais HMS Bounty, menés par Christian Fletcher qui, en avril 1789, se sont mutinés contre leur capitaine William Bligh, vivent à plus de 1800 kilomètres de là, à l’ouest, sur la petite île de Pitcairn.

L’île de Pâques est d’origine volcanique avec trois volcans principaux dont les coulées de lave ont crée la forme actuelle de l’île : Le Maunga Terevaka, point culminant de l'île, à 507 mètres d'altitude, au centre, Rano Kau dans la pointe sud et Rano Raraku au nord-est.

Deux profils d’altitudes sur l’île de Pâques. En haut, parallèlement à l’hypoténuse.
En bas, le long de la hauteur perpendiculaire. L’outil de représentation des profils d’altitude
a été développé par Robin Coma, étudiant en informatique, qui, à partir de Google Earth,
met au point des outils géographiques pour le blog Un autre regard sur la Terre.
Crédit image : Robin Coma.

Les cratères volcaniques sont bien visibles sur l’image TerraSAR-X. Aucun volcan n’a connu d’activité depuis que l’homme l’habite, il y a environ 1300 ans. Les sols d’origine volcanique sont très fertiles et l’élevage et l’agriculture sont deux activités importantes. Le tourisme est devenu la ressource principale de l’île. C’est l’allongement de la piste de l’aéroport qui a permis l’atterrissage d’avions gros porteurs et entraîné l’augmentation de la fréquentation touristique.

A gauche, un extrait de l'image TerraSAR-X montrant la piste de l'aéroport Mataveri et le cratère
du volcan Rana Kao. A droite, photographie du même cratère prise en octobre 2010
(Crédit image : Fabienne Grazzini).

L’île de pâques est connue pour ses Moaïs, les statues construites par les Rapa Nui. Il y en a environ 900. Depuis 1995, l’île de Pâques est inscrite au Patrimoine mondial de l'Humanité par l'UNESCO. Sa population est estimée à 4000 personnes résidant en permanence. L’île a également subi le tremblement de Terre qui a touché le Chili le 27 février 2010.

Des œufs de Pâques mais très peu d’œufs de sterne noir

Les îlots rocheux qui se trouvent au large de l'île de Pâques servent de refuge aux oiseaux de mer : mouettes, goélands, frégates... Le sterne noir, connu sous le nom indigène de manutara, est devenu très rare. Autrefois, il jouait un rôle important dans le rituel pascuan de l'homme-oiseau : chaque année, à l'arrivée des sternes noirs, à partir de la falaise d’Orongo au sud de l’île, des hommes gagnaient à la nage l'île Motu Nui dans le but de rapporter l'un de ses œufs. Le chef de clan de celui qui réussissait cet exploit était sacré homme-oiseau.

Eclipse totale et météo capricieuse : pas de soleil et des nuages, un temps parfait pour les satellite radar et du stress pour les astronomes amateurs

Peu de gens ont la chance de visiter l’île de Pâques. Alain Maury, astronome amateur avec qui j’ai fait connaissance au tout début de mes activités pour Planète Sciences en Lorraine, y est allé deux fois en deux semaines ! Pour voir un soleil qu’on ne voit pas… Plus exactement, pour une éclipse partielle de Lune le 26 juin puis pour l’éclipse totale de soleil. Quand on aime, on ne compte pas…

En effet, le 11 juillet 2010, une éclipse totale de soleil était visible de l’île de Pâques, où un afflux important de visiteurs était attendu, pour profiter d’un évènement qui ne dura que quelques minutes.

Pour la petite histoire, Alain Maury est devenu astronome professionnel à Nice puis au Chili. Récemment, il s’est reconverti au tourisme astronomique à San Pedro de Atacama. Quand on goûte à la diffusion de la culture scientifique et technique, on a du mal à s’arrêter… Même chose pour les éclipses totales.

Alain aimant voyager léger, il a juste emmené avec lui une lunette Takahashi de 102 mm de diamètre, une monture équatoriale, et un reflex EOS 5D MkII.

La météo capricieuse de l'île a occasionné des sueurs froides aux milliers de chasseurs d'éclipse. Pour sa sixième éclipse totale, Alain a eu de la chance : « La phase partielle était assez nuageuse, mais de temps à autre, nous pouvions voir le Soleil, avec la Lune en train de le grignoter… Dix minutes avant que le disque lunaire cache entièrement le Soleil (le second contact), un grand pan de ciel bleu s'ouvrait devant nous, le vent soufflant du sud. Je savais que nous allions pouvoir admirer la phase de totalité sans problème ».

Les préparatifs des astronomes au pied des statues Moaïs et le ciel nuageux qui compromet
l'oservation de l'éclipse. Crédit image : Alain Maury.

Une photo montrant le "diamant", la dernière lumière du Soleil vue à travers les reliefs lunaires,
avant sa disparition totale, ou réciproquement de sa première lumière lorsqu'il réapparaît.
Crédit image : Alain Maury.

A gauche, l'éclipse en phase de totalité avec les protubérances, et tous les filaments de la couronne.
A droite, une image créée par Jean Luc Dauvergneà partir de 7 images prises en succession avec des
temps de poses croissants, de façon à montrer à la fois la lumière cendrée, les protubérances et les jets
de la couronne. Crédit image : Alain Maury. Traitement de l'image de droite : Jean-Luc Dauvergne.
Je vous recommande les deux liens (voir ci-dessous "en savoir plus") sur le site de la revue Ciel et Espace
et sur la page perso d'Alain Maury. Sur cette dernière, après quelques commentaires et photos
"folkloriques" sur l'île de Pâques, une leçon de photo astronomique.

Pâques en décembre : pas de Père Noël sur l’île de Pâques en décembre 2010

Depuis quelques mois, la question récurrente de la propriété foncière sur l’île de Pâques était à l’origine de tension accrue entre les Pascuans et les autorités chiliennes. Au début de l’été 2010, des manifestants avaient bloqué plusieurs jours l’aéroport. Ils protestaient contre l’afflux de touristes qui menace l’environnement et qui ne profite que très peu aux résidants de l’île. Seuls 1500 d’entre eux sont des Rapa Nui et la majorité des terres sont la propriété de l’Etat chilien.

Début décembre, cette tension a dégénéré en violents affrontements. La presse en a peu parlé.

La police a évacué des manifestants qui occupaient des terrains, des bâtiments administratifs et un hôtel. Le 3 décembre, 25 manifestants Rapa Nui ont été blessés au cours des manifestations.

L’aéroport de Mataveri : sur la piste de la navette

On atterrit sur une des plus grandes pistes du monde : le plus impressionnant, si on voyage dans le poste de pilotage, ce doit être la vue de l’océan, avant la piste, puis au bout : il suffit de bien viser. En novembre, j’avais donné l’indice suivant : « cette île (vous aviez deviné ?) a une caractéristique commune avec la ville d'Istres dans les Bouches du Rhône ».

Ce point commun ? La piste de l’aéroport de l’île de Pâques et celle de la base aérienne 125 (BA 125) à Istres sont deux pistes qui peuvent être utilisées pour l’atterrissage de la navette spatiale américaine. En fait, elles ont des fonctions différentes : alors que la piste de la BA 125 est une terrain d’atterrissage de secours, celle de l’île de Pâques est destinée, comme d’autres sites de le monde, à ce que la NASA appelle un Transoceanic Abort Landing (TAL), une interruption de mission pendant le lancement à cause d’une défaillance du lanceur. La piste de l’aéroport, qui s’étend très distinctement sur près de 4 km d’une côte à l’autre, a été prolongée en 1984 par la NASA en vue de cette utilisation. A ce jour, aucune navette n’a atterri sur l’île de Pâques et il n’y en aura pas : Mataveri n’était prévu que pour les vols partant de la base Vandenberg de l’US Air Force en Californie. Aucun lancement du space shuttle n’a finalement jamais été effectué de Vandenberg ! Le prochain lancement de Discovery, prévu en novembre puis décembre 2010, a été reporté par la NASA au 3 février 2011. Emportant un module de stockage pour la station spatiale internationale et un robot humanoïde baptisé R2, ce sera un des derniers lancements de la navette américaine. Deux vols d’Endeavour et Atlantis, prévus en avril et juin 2011, clôtureront cette aventure. Les habitants de l’île de Pâques ne verront donc jamais le spectacle suivant dans leur ciel…

Au dessus du désert Mojave, la navette Endeavour sur le dos du Boeing 747 modifié qui la ramène
au Centre Spatial Kennedy en Floride. Crédit image : NASA.

Image acquise par les astronauts de la mission STS-51 en août 1985. Crédit image : NASA.

Les images des satellites radar : pour y voir plus clair...

Par opposition aux satellites optiques qui mesurent la lumière solaire réfléchie par la scène observée, un satellite radar effectue une « observation active » : il éclaire ou illumine la scène à photographier, pas avec un faisceau lumineux visible ou infrarouge mais par un signal à micro-ondes (on dit également hyperfréquences). Leur longueur d’onde est comprise en 1 mm et 1 m, beaucoup plus grande que celles de la lumière visible (entre 0,4 et 0,8 µm).

La réflexion du faisceau micro-ondes dépend des caractéristiques géométriques et diélectriques de la « cible » : état de surface, surfaces et angles, composition (métal, béton, bois), teneur en humidité, etc. Pour cette raison, les images radar plus difficiles à interpréter que les images optiques : elles sont assez inhabituelles pour un observateur humain dont l’œil fonctionne davantage comme un capteur optique.

L’utilisation de micro-ondes permet une meilleure pénétration dans l’atmosphère terrestre. Contrairement aux capteurs optiques, l’image radar n’est pas gênée par une couverture nuageuse ou de la brume et est moins insensible aux conditions météorologiques. Si le fonctionnement du satellite le permet, l’acquisition des images peut être effectuée de jour comme de nuit. Les nuages d’eau ou la pluie peuvent, selon la longueur d’onde, affaiblir le signal radar.

Autre différence avec les capteurs optiques : le radar opère à une longueur d’onde bien précise, par exemple 3,1 cm (fréquence de 9,6 GHz) pour TerraSAR-X ou 5,6 cm (5,33 GHz) pour le radar ASAR du satellite ENVISAT.

Les bandes X, C, L et K désignent des intervalles particuliers du spectre électromagnétique. Par exemple, un satellite en bande “X” embarque un radar fonctionnant sur une seule longueur d’onde dans cette bande (ex: 3.2 cm). Cette terminologie utilisant les lettres de l’alphabétique pour classer les différents radars est devenue un standard de facto : elle a été définie par les militaires pour les premiers radar utilisés en aviation.

TerraSAR-X : un satellite Radar en bande X

Le satellite radar allemand TerraSAR-X a été lancé le 15 juin 2007 depuis le cosmodrome de Baïkonour au Kazakhstan. D’une durée de vie nominale de 5 ans, il est placé sur une orbite polaire héliosynthrone à 514 kilomètres d’altitude. Son antenne est un radar à ouverture de synthése en bande X. Le cycle orbital est de 11 jours, avec une revisite possible de 2,5 jours du fait du recouvrement des traces.

Il y a trois modes d’acquisition des images :

• SpotLight : jusqu’à 1 m de résolution, images de 10 km (largeur) sur 5 km (longueur)
• StripMap : jusqu’à 3 m de résolution, images 30 km x 50 km
• ScanSAR : jusqu’à 18 m de résolution, images de 100 km x 150 km

En mode StripMap et ScanSAR, la longueur des scenes peut être étendue à 1650 km. L’image de l’île de Pâques publiée ici a été acquise en mode Stripmap : la résolution au sol est de 6,50 mètres.

Fabriqué par Astrium pour l’Agence Spatiale Allemande (DLR), TerraSAR-X est financé par un partenariat public privé : les coûts de développement, construction et lancement sont partagés. L’exploitation commerciale des images est confiée à Infoterra GmbH. TerraSAR-X a été rejoint en juin 2010 par son jumeau TanDEM-X. Opérant en vol en formation, les deux satellites vont produire un modèle numérique de terrain à haute résolution à l’échelle du globe.

De la niche écologique locale à la niche globale : effet de boule de neige sur l’île de Pâques…

J’ai lu plusieurs articles consacrés à l’îles de Pâques et à ses mystères : les statues, la disparition des arbres, les maladies infectieuses et les rats friands de noix de palmiers, amenés par les explorateurs et même l’intervention des extraterrestres.

Les extraterrestres n'y sont pour rien !

Je vous recommande deux livres pour vous faire une idée plus précise.

D’abord, « L’engrenage de la technique, essai sur une menace planétaire », écrit par André Lebeau, ancien directeur général de Météo France et ancien président du CNES (Centre National d’Etudes Spatiales). Pas toujours facile d’accès, cet ouvrage aborde le conflit entre la puissance des outils techniques que maîtrise l’homme et les ressources de l’espace planétaire. Le dernier chapitre aborde l’exemple de l’île de Pâques et la destruction de ses arbres et fait un lien étroit entre l’île de Pâques isolée au milieu du pacifique et notre planète isolée dans l’espace.

André Lebeau cite notamment la thèse formulée en 2004 par le biologiste et géographe américain Jared Diamond qui a écrit plus récemment un autre livre intéressant « Collapse: How Societies Choose to Fail or Succeed » (voir référence ci-dessous) : « Les parallèles entre l’île de Pâques et le monde moderne sont d’une évidence glaçante… L’île de Pâques est aussi isolée dans l’Océan Pacifique que la Terre l’est aujourd’hui dans l’espace. Quand les insulaires ont rencontré des difficultés, ils n’avaient nulle part où fuir ou vers quoi se tourner pour obtenir du secours. Pas plus que nous, modernes terriens, n’avons de recours ailleurs ».

Des leçons à retenir pour la planète et l’influence de l’homme sur son habitat… En toute conscience, avec des informations objectives sur les phénomènes et leurs conséquences à venir. Nous avons tous les outils en main pour mesurer l’impact de notre action à l’échelle globale. Les satellites d’observation nous aideront-ils à prendre des décisions à temps ?

En 1911, Constantin Tsiolkowski, théoricien de l’astronautique moderne, écrivain : « La Terre est le berceau de l'humanité, mais on ne passe pas sa vie entière dans un berceau ». Eh bien, si ! Dans notre cas, sauf pour les quelques astronautes qui auront la chance d’observer la Terre depuis l’espace, la Terre restera notre maison pendant toute notre vie et celle des générations à venir. Nous avons un certain intérêt à en prendre soin…

Pour en savoir plus sur la géographie et l’histoire de l’île de Pâques, je vous renvoie à l’article de l’encyclopédie Wikipédia (tout commentaire sur l’exactitude de son contenu est bienvenu) et aux liens Internet donnés ci-dessous.

En savoir plus :

• Sur le site Wikipédia, un article sur l’île de Paques.
• Le Portail Rapa Nui.
• Un site culturel sur l'Île de Pâques.
• Le jour de l’hiver 2010, une éclipse totale de Lune.
• L’article de Ciel et espace sur l’éclipse solaire du 11 juillet 2010.
• Le site Spaceobs (San Pedro de Atacama Celestial Explorations) d’Alain Maury et sa page sur l’éclipse de soleil du 11 juillet 2010, avec des photos de l'île de Pâques et de l'éclipse (amateur éclairé même pendant l'éclipse).
• Un texte sur les luttes sociales sur l’île de Pâques, publié en juin 2010.
• Le site d’Infoterra GmbH et la galerie d’image de TerraSAR-X et TanDEM-X.
• Sur le site du centre canadien de télédétection, un cours sur les satellites et l’imagerie radar.
• Sur le site Wikipédia, un article sur le radar.
• « L’engrenage de la technique, essai sur une menace planétaire », d’André Lebeau, Bibliothèque des Sciences Humaines, NRF, Editions Gallimard, 2005
• « Effondrement. Comment les sociétés décident de leur disparition ou de leur survie », Jared Diamond, traduit de l’américain par Agnès Botz et Jean-Luc Fidel, Editions Gallimard, 2006.

Suggestions d’utilisations pédagogiques en classe :

• Construire une maquette en relief de l’île de Pâques à partir de Google Earth et de l’outil développé par Robin Coma. Plusieurs solutions sont possibles : découpage de courbe de niveau en carton épais, construction d’un tableau Excel bidimensionnel avec les altitudes en latitude et longitude, extraction de courbe de niveau…
• En support à un cours ou un initiation aux ondes électromagnétiques, introduction des notions de longueur d'onde et de fréquence. Relation entre longueur d'onde, fréquence et vitesse. Analogie avec les ondes sonores.
• Travail personnel sur l’histoire de l’île de Pâques, l’évolution de sa population et de son environnement.