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Des satellites plus petits et plus nombreux

L'arrivée de nouveaux entrants dans l'industrie spatiale et la perspective de nombreuses mises en orbite liées aux constellations de satellites stimule l'innovation et la recherche d'une baisse des coûts de lancement. Ces constellations visent à assurer une couverture Internet à toute la planète, en particulier pour les trois milliards de personnes qui n'y sont pas encore raccordées dans les pays émergents. C'est le cas des neuf cents satellites de la société Oneweb, construits par Airbus et prévus pour être lancés en 2018 en orbite basse.

La production en série s'accompagne de la tendance à rapetisser les satellites, notamment avec l'exemple des nanosatellites, qui mesurent autour d'une dizaine de centimètres cubes. Le projet QB50 consiste ainsi à mettre cinquante nanosatellites en orbite après de la station spatiale internationale, à 415 kilomètres d'altitude. Élaborés par des université, ces satellites permettent aux élèves de se former à l'ingénierie spatiale et mettent à l'épreuve de nouvelles technologies pour la communauté scientifique et industrielle.

L'une des pistes de cette recherche d'économies a été initié par SpaceX aux États-Unis, avec le développement de lanceurs réutilisables, c'est-à-dire de fusées dont certains étages pourraient revenir sur Terre une fois leur mission accomplie. Dans le cas de SpaceX, après avoir atterri sur une plate-forme autonome sur le sol ou en mer, les fusées pourront être rechargées et réutilisées pour de nouveaux décollages. Ces sujets intéressent le CNES et l'ONERA pour le successeur d'Ariane 6. Outre ce lanceur lourd, utilisé pour placer en orbite géostationnaire des satellites de plusieurs tonnes, une autre voie est le lancement aéroporté, qui vise des charges utiles de quelques centaines de kilogrammes.

De nouvelles énergies pour les satellites

Une autre tendance du secteur spatial est le passage de la propulsion chimique à la propulsion électrique, avec des recherches en cours pour miniaturiser les propulsions électriques actuelles. Les moteurs électriques ont donc longtemps été cantonnés au maintien à poste des satellites, sur leur orbite, mais ils ont également trouvé leur application pour la mise à poste. Après sa séparation d'avec le lanceur, en effet, un satellite doit passer par une orbite de transfert qui lui permet de rejoindre l'orbite géostationnaire, avec ses propres moyens de propulsion. En utilisant l'énergie produite par les panneaux solaires du satellite, la propulsion électrique aboutit à un gain de poids en faisant l'économie de lourds réservoirs de carburant. L'inconvénient lié à la propulsion électrique réside dans l'allongement de la durée de mise à poste.

C'est pourquoi il restera certainement une place pour la propulsion chimique. Le CNES (Centre national d'études spatiales), se penche ainsi avec l'Office national d'études et de recherches aérospatiale (ONERA) sur le développement d'un monergol vert pour la propulsion satellitaire. La recherche sur ce nouveau composé ouvre une alternative prometteuse à l'ergol utilisé actuellement, l'hydrazine, dont la toxicité lui fait risquer d'être rapidement bannie de l'espace. Le CNRS et l'ONERA, travaillent à synthétiser cette nouvelle molécule, avec l'enjeu de choisir des matériaux qui résisteront aux hautes températures. L'objectif est de développer ensuite un moteur et de montrant que la propulsion fournit une poussée conséquente, ce qui permettra d'envisager un développement de la technologie et de proposer par la suite un démonstrateur.

L'imagerie satellitaire au service de l'environnement

En plus de l'internet satellitaire et de l'étude directe de l'atmosphère, les satellites permettent l'observation de notre planète depuis l'espace, le meilleur point de vue permettant de comprendre les changements complexes qui l'affectent. Par exemple, les satellites de la série Sentinel, du programme Copernicus, fournissent des informations sur le sol, les océans, l'atmosphère, l'environnement, la sécurité et le changement climatique. En plus d'études scientifiques sur le long terme, les satellites participant à Charte internationale « Espace et catastrophes majeures » peuvent traiter des situations d'urgence comme une éruption volcanique, un feux de forêt ou une catastrophe industrielle, en fournissant rapidement des images et des cartes.

L'imagerie hyper-spectrale peut être utilisée sur des plate-formes terrestres, spatiales ou aéroportées. Elle aide à détecter des objets dans des images grâce à leurs propriétés spectrales, ou à analyser la composition et l'état chimique de matériaux de surface, y compris l'état hydrique des végétaux. C'est le cas du démonstrateur technologique aéroporté Sysiphe de l'ONERA, qui peut acquérir des images d'une résolution de 50 centimètres dans plus de 600 bandes spectrales, allant du visible à l’infrarouge lointain. De telles technologies permettent d'étudier la biodiversité végétale, par exemple pour mettre en place à l'échelle mondiale un véritable bilan de la biodiversité, ou de caractériser les fonds marins en bord de côte.

Croiser les données permet de faire d'autres types de déductions. L'Institut de recherche technologique Saint-Exupéry présente au Salon du Bourget un « Google Earth intelligent ». Les systèmes d'observation développés combinent les bases de données et l'intelligence artificielle, en dotant les satellites d'un système d'apprentissage et d'intelligence collective qui leur permettra d'acquérir jusqu'à 30% d'images supplémentaires et d'améliorer la réactivité aux requêtes humaines, de 1 heure aujourd'hui à 5 minutes. Il s'agit d'anticiper la vague de données qui sera issue de la mise en service, dans les années à venir, de milliers de satellites formant des constellations en orbite basse.

En savoir plus

SpaceX réussit l'atterrissage de son lanceur, sur Sciences en ligne

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Les satellites SPOT face aux catastrophes
Imaginé et conçu par le CNES, le programme SPOT a vu 7 satellites se succéder depuis 1986. Il a ouvert une pléiade d'applications, en particulier l’aide aux secours face aux catastrophes grâce à la Charte internationale « Espace et catastrophes majeures »

La Charte internationale « Espace et catastrophes majeures »

Créée en 2000 par le CNES et l’ESA, la Charte internationale « Espace et catastrophes majeures » permet de fournir gratuitement et le plus rapidement possible images satellitaires et cartes de dégâts aux autorités gouvernementales et aux protections civiles des pays impactés par des catastrophes naturelles ou industrielles.

Comme l'indique Claire Tinel, représentante du CNES (Centre National d'Études Spatiales) auprès de la Charte : « De par leur résolution, les satellites français SPOT sont notamment activés lors de catastrophes telles que les feux de forêts, les inondations ou les éruptions volcaniques. La première image arrive le plus souvent dans les vingt-quatre heures seulement après la programmation des satellites, ce qui en fait des outils très réactifs. »

Les satellites ont encore été activés à la suite du tremblement de terre aux Philippines, ce lundi 13 février 2017 au matin.

Que sont les satellites SPOT, Satellites Pour l’Observation de la Terre ?

Les satellites SPOT permettent d’acquérir des informations géographiques parfaitement à jour. De SPOT-1 à SPOT-4, chaque satellite optique était constitué de deux instruments, capables d'acquérir de manière indépendante des images couvrant une zone géographique de 60 kilomètres fois 60 kilomètres. Depuis SPOT-5, un seul instrument embarqué permet l’acquisition des ces prises de vues stéréoscopiques pour une même zone géographique.

Deux modes alternatifs d'acquisition des images étaient possibles, en noir et blanc ou en couleur, le premier faisant alors de SPOT un des systèmes les plus avancés en terme de résolution, qui a évolué de 10 mètres à 1,50 mètres en 30 ans. Les images sont fusionnées au sol, ce qui permet d’obtenir des images en couleur à la meilleure résolution possible. Lorsque ces deux instruments fonctionnent simultanément, les couples stéréoscopiques constitués permettent la perception du relief et la création de Modèles Numérique de Terrain.

Par la suite, d’autres instruments viennent développer le champ de vision des satellites.

Première utilisation des satellites SPOT lors de la catastrophe de Tchernobyl

La catastrophe de Tchernobyl a lieu le 26 avril 1986. La Suède donne l’alerte le 28 avril 1986, après avoir détecté un niveau de radioactivité anormal sur son territoire.

Lancé le 22 février 1986 lors du dernier vol de la fusée Ariane 1 depuis Kourou, SPOT-1 est alors programmé pour fournir en urgence des images de la centrale accidentée. Celles-ci sont considérées comme la première utilisation opérationnelle du satellite SPOT, montrant sa capacité à fournir des informations partout dans le monde rapidement après une catastrophe, indépendamment des frontières ou des contraintes politiques.

Les satellites SPOT suivants puis les satellites Pléiades ont régulièrement suivi l’évolution du site de la centrale.

Le tsunami de 2011 au Japon

Le 11 mars 2011, la terre tremble pendant deux minutes sur toute la côte est de l'île Honshu au Japon. Provoqué par ce séisme, un tsunami vient ravager la zone côtière des préfectures de Fukushima, Iwate et Miyagi, dévastant le littoral et provoquant un accident nucléaire majeur à la centrale de Fukushima.

Moins d'une heure après les premières secousses, la Charte internationale « Espace et Catastrophes Majeures » est déclenchée par l'Agence spatiale japonaise (JAXA). Des images de satellites dont SPOT-5 sont fournies gratuitement afin d’aider les secours à s’organiser.

Le CNES apporte son support pour générer des cartes des dégâts grâce au SERTIT (Service Régional de Traitement d'Image et de Télédétection), le service français de cartographie rapide. Une série de sept cartes événementielles a pu être établie en moins de six heures et rapidement mise à disposition des autorités japonaises.

Cet événement confirme que le compromis entre la zone couverte et la résolution de SPOT-5 est extrêmement pertinent pour les désastres à grande échelle du type tsunami, et complémentaire des capteurs à plus haute résolution.

Les incendies récents au Chili

À la fin de ce mois de janvier 2017, le Chili a été durement touché par des incendies de forêts, le « pire désastre forestier de son histoire » selon sa présidente. Dans le cadre de l’activation le 24 janvier de la Charte internationale « Espace et catastrophes majeures » par la Sécurité civile chilienne, les satellites SPOT-6 et SPOT-7 ont capturé des images en couleur de 1,5 mètre de résolution des zones impactées.

Extraire de l'information des satellites permet d'obtenir des cartes faciles à lire pour les équipes de secours sur place. Dans ce cas, les cartes montraient les délimitations des zones brûlés par les feux de forêt et l'identification des feux encore actifs.

C’était la 518e activation de cette Charte depuis sa création, et la deuxième pour 2017. Les deux satellites SPOT actuels sont sollicités dans le cadre de la flotte internationale disponible pour intervenir sur zone, une constellation de 35 satellites appartenant aux 16 agences spatiales qui font désormais partie de la Charte.

D’autres applications de cartographie

En 1998, SPOT-4 embarque également pour la première fois l'instrument Végétation qui offre une couverture journalière globale de la Terre avec une résolution de un kilomètre et permet de suivre l'évolution du couvert végétal.

En 2013, pour préparer l'arrivée des satellites SENTINEL-2 de l'ESA, SPOT-4 (et par la suite SPOT5) suit le programme de recherche Take-5.

Les satellites SPOT-1 à SPOT-5 étant aujourd’hui désorbités, Airbus Defence & Space poursuit l'aventure avec SPOT-6 et SPOT-7. Au CNES, le programme a laissé place aux satellites Pléiades dotés d'une résolution au sol de 70 cm et aux satellites de surveillances militaires Hélios.

En savoir plus

SPOT : l’aventure commence il y a 30 ans ! sur Sciences en ligne

L’historique des satellites SPOT

La mission Take-5, avec 5 exemples de recherches menées grâce aux satellites

La Charte internationale « Espace et catastrophes majeures »

Articles du CNES

Le Lancement du satellite SPOT-1

Il y a 30 ans : la catastrophe de Tchernobyl et de début de l’exploitation opérationnelle des satellites SPOT

Un historique des événements, avec l’expérience Take-5 et la catastrophe de 2011 au Japon

Pléiades

Incendies de forêts au Chili : le CNES active les satellites SPOT pour aider à combattre les feux

Arthur Jeannot
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