Les satellites d’observation : s’éloigner de la Terre pour mieux la voir…

Recul, détails, observation répétitive : les satellites d'observation permettent à l'homme d'avoir une vision globale et précise du monde qu'il habite et d'étudier son environnement comme jamais il n'avait pu le faire auparavant.

Parfois plus performants que l'œil humain, les satellites d'observation peuvent voir un ensemble de longueurs d'ondes plus important, allant des rayons ultraviolets aux hyperfréquences en passant par les infrarouges.

A partir des mesures dans chacune de ces bandes spectrales, il est possible de déterminer la nature et les caractéristiques des objets observés. Dans le domaine de l’agriculture, c’est la possibilité d’analyser la manière dont la végétation réfléchit la lumière dans chaque bande spectrale qui est à la base de la plupart des traitements. Les observations de la végétation ou des cultures, lorsqu’elles sont correctement traitées, permettent d’extraire des paramètres biophysiques en relation directe avec le stade de développement, le niveau de chlorophylle, la biomasse, le niveau de stress hydrique, les anomalies de croissance ou les maladies.

Il y a deux types d'observations : l'observation est passive lorsque le capteur du satellite mesure la lumière réfléchie par la surface des objets éclairés par le Soleil ou la lumière émise par l’objet (rayonnement infrarouge dépendant de la température de l'objet). L'observation est active lorsque quand le satellite "illumine" lui-même la scène et mesure le rayonnement réfléchi par cette surface (c’est le cas du radar et du lidar). L'observation radar permet de voir la nuit et à travers les nuages : le satellite possède une grande antenne qui, successivement,  émet et reçoit les signaux radar. L'écho reçu donne des informations sur la surface ou le volume observé : forme, pente ou degré d'humidité par exemple.

Les satellites d'observation passive ont généralement une orbite héliosynchrone, pour conserver les mêmes conditions d'éclairage par le Soleil d'une orbite à la suivante. Le satellite ENVISAT, par exemple, survole la Terre à 786 km d'altitude et parcourt son orbite en 100 minutes environ. Il couvre complètement la Terre en 3 jours.

Comme un appareil photo numérique, les satellites d'observation optiques transmettent des images dans lesquelles chaque pixel représente l'énergie lumineuse renvoyée par le sol. L'image couvre une zone étroite où les détails fins sont visibles ou, au contraire, une zone très large avec moins de détails. La résolution spatiale d'une image correspond à la taille des détails visibles les plus fins.

Ainsi, le capteur MERIS du satellite Européen ENVISAT fournit des images couvrant une largeur de 1.150 km avec une résolution de 250 m, dans quinze bandes spectrales. Avec sa fauchée de 60 km, Spot 5 voit des détails d’environ 2,50 mètres. Le satellite français Pléiades, dont le lancement est prévu fin 2010, fournira des images à 50 cm de résolution sur des zones plus petites de 20 kilomètres de côté.

Un compromis entre résolution, zone couverte, fréquence de revisite et finesse d’analyse spectrale doit être fait pour chaque application. Celles-ci sont nombreuses : les satellites d'observation survolent la totalité de la planète pendant plusieurs années, observent régulièrement une même région dans des conditions identiques, facilitant ainsi l’étude de l'évolution des phénomènes.

Aujourd'hui, les satellites d'observation sont devenus indispensables pour la météorologie, la cartographie, la gestion des risques, la surveillance de l'environnement et des ressources terrestres, l'observation des océans et des glaces, l'étude de l'atmosphère ou le changement climatique. Les satellites ignorent les frontières : les militaires l'ont compris et utilisent depuis longtemps des satellites à très haute résolution.