O B S E RVAT I O N D E L A T E R R E L’espace au chevet de la planète Hervé Jeanjean, responsable de programme Biosphère continentale, Cnes L a Terre n’est pas immuable. Elle a toujours été le théâtre de bouleversements profonds et parfois chaotiques de sa structure, de son atmosphère, de sa croûte terrestre et de ses océans. Régies par des phénomènes naturels comme la tectonique des plaques, les variations naturelles du climat, ou même par des phénomènes extraterrestres comme les météorites ou l’activité solaire, ces perturbations ont considérablement modifié l’environnement de la planète et ont agi sur l’évolution de la vie à des échelles très variables, de la centaine d’années au million d’années. La vie s’adapte, se transforme, subit des mutations, au ©B. Maybon rythme de ces changements. Depuis son apparition sur Terre, l’homme n’a cessé de modifier, façonner, remodeler les paysages et l’environnement en exploitant des ressources naturelles dont il tire de l’énergie et grâce auxquelles il se nourrit.Mais tout semble s’accélérer de manière inexorable. Les ressources naturelles paraissent incapables de suivre le rythme effréné des activités humaines : la forêt disparaît, les sols s’érodent, les ressources halieutiques se font rares,la biodiversité régresse, les ressources en eau sont surexploitées, les déserts avancent, les pollutions envahissent nos côtes, le climat se dérègle…Cette formidable machine si complexe qu’est la Terre serait-elle en train de s’emballer, victime de l’emprise de l’homme dont l’impact tend à s’amplifier encore par le biais des 32 effets indirects du changement climatique, en particulier l’augmentation de la température et les modifications du régime des précipitations ? Les répercussions de l’activité endogène sur notre planète La croissance démographique reste un des facteurs clés du problème : la population mondiale devrait dépasser les 7 milliards en 2010, avec une croissance de 20 % en une décennie,principalement dans les pays en développement. Pour faire face à la demande en produits alimentaires (cf. article Philippe Collomb p. 19) et espérer éradiquer la malnutrition qui frappe encore 800 millions de personnes, il faudrait augmenter la production alimentaire mondiale de presque 2 % par an, objectif difficile à tenir avec la dégradation de la capacité de production de certaines régions agricoles :la dégradation des sols atteindrait les deux tiers de la surface agricole mondiale à cause de la surexploitation, de la salinisation des sols ou des phénomènes d’érosion… La sécurité alimentaire mondiale est devenue non seulement un enjeu humanitaire, mais aussi économique et social, car l’agriculture occupe la moitié de la population mondiale par des emplois directs ou indirects. L’eau, en quantité et en qualité, est particulièrement menacée par l’homme qui exploite plus de 40 % de ses ressources, dont près des trois quarts pour l’agriculture. Vingt-six pays sont déjà en situation de pénurie : des régions au Proche et Moyen-Orient,en Afrique, Californie, Mexique sont gravement menacées dans les 20 ans à venir. Aujourd’hui, 1,3 milliard de personnes n’ont pas accès à une eau potable. Enfin l’eau en excès (inondations, crues éclairs) peut faire des dégâts considérables. À l’opposé, le manque d’eau se traduit par une lente dégradation du sol et de la végétation :la désertification est un phénomène variable, mais pas toujours irréversible. Dans les deux cas, l’homme peut avoir un rôle aggravant ou modérateur. La question de la diversité génétique se pose également : un tiers seulement des 13 000 espèces végétales alimentaires connues sont cultivées. Et ce ne sont que 4 plantes cultivées qui assurent plus de la moitié de l’alimentation humaine : blé, maïs, riz et pomme de terre. L’observation de la Terre : du local au global Les causes du mal dont souffre la planète sont multiples,complexes des solutions. Parmi ces acteurs, les agences spatiales sont appelées à jouer un rôle important dans la fourniture d’informations fiables, comparables d’un point à l’autre du globe, sur l’état des ressources naturelles et l’évolution des indicateurs environnementaux. Les outils d’observation de la Terre occupent une place privilégiée grâce à l’utilisation combinée des réseaux de mesures au sol, de l’observation spatiale et de notre capacité de plus en plus affirmée à simuler le fonctionnement du système Terre à toutes les échelles de temps et d’espace, du local au global, sur plusieurs mois, voire plusieurs années. L’affinement des modèles, grâce à la qualité et à la continuité des données spatiales, permet de générer des scénarios de plus en plus crédibles sur la situation future. Mieux observer, pour mieux comprendre, et pour ensuite mieux anticiper, telle est la démarche essentielle dans la noux Océans, continents… à la loupe depuis l’espace Dans un cadre national, européen et international, le Centre national d’études spatiales a lancé de nombreux programmes d’observation de la terre solide, des surfaces marines et continentales et de l’atmosphère capables d’apporter des éléments de réponse aux questions du développement durable. Les satellites météorologiques, outre leur rôle dans la prévision opérationnelle, permettent de suivre les bilans énergétiques de surface,des océans ou des continents. Le rôle des aérosols et des nuages dans le bilan radiatif terrestre est assuré par Polder 2 sur Adeos II,instrument capable de suivre la biosphère marine et continentale.Les observatoires spatiaux dédiés au suivi de la végétation mondiale,comme les missions des instruments Végétation 1 et 2, à bord des satellites Spot 4 et Spot 5, permettent de définir des indicateurs du fonctionnement de la biosphère, et de mettre en place des systèmes d’alerte précoce sur les prévisions de rendement des cultures et la sécurité alimentaire.L’altimétrie spatiale, dans le sillage des missions franco-américaines Topex-Poséidon,actuellement Jason 1, permet de mieux appréhender la variation du niveau des mers et le rôle des océans dans le cycle de l’eau,et de prévoir l’impact de phénomènes majeurs comme El Niño. Aux échelles locales et régionales, domaine d’excellence pour la gestion intégrée des territoires,les systèmes d’observation multispectrale à haute résolution spatiale, comme la famille Spot,permettent de mieux connaître l’évolution de la couverture des sols, d’aider à la mise en place d’une agriculture de précision. L’étude de la chimie de l’atmosphère,en particulier le suivi du trou de l’ozone dont l’origine est humaine, est assurée par des instruments embarqués sur Envi- ©Cnes/Distr. Spot Image et interdépendantes :la croissance démographique,l’essor économique mondial, l’industrialisation, l’urbanisation, mais aussi les écarts de richesse entre pays, la pauvreté persistante dans les pays en développement,les conflits… L’enjeu est global et ne peut trouver d’issue que par un développement conciliant efficacité économique,équité sociale et préservation de l’intégrité écologique de l’environnement.Ce développement doit“satisfaire aux besoins de la génération présente en préservant pour les générations futures la possibilité de satisfaire les leurs”(Bruntland, 1987) : c’est le principe du développement durable. De Founex en 1971 à Johannesburg en 2002 en passant par Rio de Janeiro en 1992, la prise de conscience est tardive, mais mondiale. Tous les acteurs politiques, institutionnels, gouvernementaux,internationaux, ONG, se mobilisent au chevet de la planète pour tenter de trouver prise de décision politique. Le développement des applications spatiales au service de la société est l’une des priorités fondamentales de la stratégie spatiale de la France et de ses partenaires européens car elles sont un moyen d’aider efficacement au développement durable des pays. La France a très tôt perçu, avec le Cnes, le rôle clé que pouvait jouer l’espace dans ce domaine.Les satellites, véritables observatoires en orbite, sont seuls capables de fournir de longues séries de mesures précises, homogènes et globales, compatibles avec la dimension planétaire des phénomènes d’environnement. L’observation de la Terre constitue, après les lanceurs, la seconde priorité de la politique spatiale en France. ©Cnes /S. Jou r ©R. Le Guen ©Cnes/Distr. Spot Image O B S E RVAT I O N D E L A T E R R E 33 ©H. Jeanjean O B S E RVAT I O N D E L A T E R R E L’agriculture de précision a de l’avenir Denis Boisgontier, responsable des nouvelles technologies de l’information, Arvalis - Institut du végétal A ujourd’hui, l’avènement de nouvelles technologies dans le monde agricole (GPS, capteurs embarqués sur engins agricoles, télédé- tection, systèmes d’information géographique) permet à nouveau de prendre en compte la variabilité naturelle des parcelles, donc en quelque sorte de revenir à des pratiques ancestrales. Cette manière de cultiver est appelée agriculture de précision. Elle consiste à apporter la bonne dose, au bon endroit et au bon moment. Autrefois, les parcelles agricoles étaient petites et dépendaient des caractéristiques des sols.Les terres les moins productives étaient réservées à la prairie, les plus productives cultivées en céréales.La mécanisation agricole a permis de mieux répondre aux besoins alimentaires mais a induit une augmentation de la taille des parcelles, donc de leur variabilité. Contrairement à cette agriculture traditionnelle où les modèles sont appliqués de manière moyenne à l’échelle de la parcelle, l’agriculture de précision utilise, quant à elle, les bases fondamentales de l’agronomie et applique ses modèles sur chaque zone des parcelles. Pour l’agriculteur,la phase clé consiste à définir des zones à comportement homogène pour les différents paramètres utilisés dans les modèles agronomiques :profondeur du sol, potentiel de rendement,teneur en éléments minéraux, présence de mauvaises herbes. C’est selon les zones ainsi déterminées que l’agriculteur appliquera de manière modulée les différents intrants (fertilisants, désherbants, etc.). Au centre du zonage parcellaire, les capteurs Le zonage intraparcellaire est fondé sur l’utilisation d’informations provenant de diverses sources,à savoir l’expertise et les connaissances de 34 l’agriculteur sur ses parcelles ainsi que celles provenant des capteurs pour qualifier ou quantifier des paramètres sur le sol, les cultures, les mauvaises herbes, les maladies, etc. Ils sont des yeux supplémentaires qui aident à observer les parcelles. Aujourd’hui en France,les capteurs opérationnels embarqués sur les engins agricoles sont principalement : les capteurs de rendement qui mesurent et localisent, via le GPS, le flux de grain pendant la récolte,cartographiant ainsi les rendements, et la cartographie de la résistivité électrique du sol.Là,l’information fournie par le capteur est utilisée pour réaliser le zonage de deux paramètres essentiels en agronomie :la profondeur et la texture du sol.Ils permettent de déterminer, par exemple, le volume du réservoir d’eau disponible pour les cultures.D’autres types de capteurs sont en cours de développement dans des centres de recherche à travers le monde. Mieux gérer les cultures grâce à la télédétection Par ses capacités d’observation régulière des variations à l’intérieur des parcelles, la télédétection devrait dans les années à venir tenir une place très importante en agriculture de précision.Aujourd’hui,les freins à l’utilisation de cette technologie sont la disponibilité régulière et le coûtdes images,qui ne sontpas compatibles avec un usage à l’échelle de l’exploitation agricole. Néanmoins, des solutions commencent à être proposées aux agriculteurs français. Parmi ces solutions proposées par Arvalis - Institut du végétal : • le zonage automatique des parcelles à partir d’images historiques prises à différentes époques et années.Ces images permettent de mettre en évidence un“instantané” des variabilités significatives de la parcelle qui synthétise tous les facteurs agronomiques limitants au cours des années passées.Arvalis Institut du végétal et la société Geosys vont proposer dès 2004 ce type de service en France (déjà commercialisé aux États-Unis par Geosys) directementsur Internet,depuis une plateforme cartographique développée dans le cadre du Réseau Terre et Espace géré par le Cnes. Cette plateforme va offrir différents services fondés sur l’utilisation de la télédétection (cartographie, suivi de cultures, etc.) et facturés à l’hectare ; • la conduite modulée des parcelles à partir y Lorsque l’eau s’évapore, elle dépose ses particules détritiques, et les ions qu’elle contient précipitent sous forme de sels. Les matériaux déposés constituent une séquence évaporitive. Ces zones d’évaporation qui laissent des croûtes de sel au sol s’appellent des sebkha ou sebkra. ©B. Maybon d’images prises en culture. L’information fournie par le satellite doit être acquise à des stades clés de la culture afin d’être mise en relation avec des paramètres agronomiques utilisés pour le pilotage des cultures. Des produits images de ce type sont proposés aujourd’hui en France par Aravalis - Institut du végétal et la société Astrium. Faute de satellite adapté aujourd’hui,certaines des informations nécessaires à la réalisation des produits sont obtenues par vol d’avion. La pratique de l’agriculture de précision doit permettre une meilleure gestion des intrants par une meilleure répartition de ceux-ci sur la parcelle.Elle peut ainsi rendre possible,dans certaines situations, l’augmentation de la production mais aussi l’amélioration de la qualité.Dans tous les cas,apporter “la bonne dose au bon endroit et au bon moment”a un impact positif sur l’environnement.Quelques centaines d’agriculteurs utilisent aujourd’hui les nouvelles technologies (GPS,capteurs) pour faire de l’agriculture de précision.Aux ÉtatsUnis,grâce à une offre de produits et services très conséquente, le développement de l’agriculture de précision est beaucoup plus important qu’en France. ■ sat, mission de l’agence spatiale européenne, capable également de suivre la biosphère marine et terrestre avec l’instrument Meris. Enfin, le programme de collecte et de localisation de données Argos, mis en œuvre dès 1978, a débouché sur des applications au service de l’environnement terrestre. ©New holland/Itcf Les risques naturels au centre des préoccupations Le Cnes a par ailleurs suscité et souscrit une Charte interagences relative à l’utilisation coordonnée des moyens spatiaux en cas de situations de catastrophes naturelles ou technologiques.Le Cnes et l’Esa en juin 2000, l’agence spatiale canadienne en octobre 2000,l’Isro et la Noaa en septembre 2001 sont les acteurs de cet accord international qui stipule que les agences spatiales s’engagent à trouver une organisation commune très réactive pour fournir gratuitement,lors d’une crise grave,les meilleurs services que l’espace peut rendre pour contribuer à la gestion de la crise. Ces observatoires spatiaux apportent une contribution décisive à la mise en œuvre des conventions internationales sur la biodiversité et la désertification, ainsi qu’à la vérification des traités et protocoles, comme celui de Kyoto dans le cadre de la convention sur le changement climatique. Au plan européen,le concept de surveillance globale pour l’environnement et la sécurité (GMES) s’est imposé comme un élément structurant de la politique spatiale communautaire. Au niveau mondial, les agences spatiales et les organismes chargés des systèmes d’observation de l’environnement se sont engagés dans une stratégie intégrée d’observation globale (Igos) susceptible d’assurer la continuité des observations.Une politique de données adaptée aux besoins doit être mise en place, en particulier pour les pays en développement qui n’ont pas les moyens d’acquérir les données et de s’approprier la technologie,alors qu’ils pourraient le plus bénéficier des informations issues des observations spatiales. Le Cnes prépare l’avenir en inscrivant les futurs programmes dans le concept de développement durable. Le programme Pléiades, conçu comme un système multicapteurs optique et radar et multiplateformes, sera capable de répondre aux besoins du suivi de l’environnement avec la mise à disposition de produits en temps quasi réel. La mission Smos, réalisée par l’Esa en coopération avec la France et l’Espagne, permettra de suivre l’humidité des sols et la salinité de l’océan grâce au radiomètre passif basses fréquences. Dans le domaine de la météorologie, l’effort du Cnes se concentrera sur l’amélioration de l’instrumentation permettant d’acquérir des paramètres critiques avec Iasi. Le partenariat avec Eumetsat devrait se renforcer sur le programme Jason 2 aux côtés de la Nasa et de la Noaa, et au-delà de Jason 2.Au plan national le projet Mercator, visant à la mise en place d’un centre d’océanographie opérationnelle, concrétisera la volonté du Cnes de valider ce qui préfigurerait un système d’information GMES. C’est dans cet esprit que le Cnes est appelé à servir la politique spatiale de l’Europe, deuxième puissance mondiale. Il s’engage à mettre en œuvre ce contrat, en partenariat avec les organismes de recherche, et en entretenant et exploitant les meilleures opportunités de coopération au plan mondial, pour permettre à l’humanité de progresser dans le sens du développement durable. ■ 35 O B S E RVAT I O N D E L A T E R R E moyen, comme celles associées au phénomène El Niño (cf.Cnes magazine n°3 p. 20). D’autre part, il est désormais possible de cartographier les variations du niveau des mers en identifiant plus précisément la cause de cette variation.L’élévation de 2,5 ± 0,2 mm/an, observée par Topex-Poséidon entre 1993 et 2001, est très vraisemblablement due à la dilatation thermique des eaux de surface.Les mesures permettent aussi de localiser les fortes variations. Dans l’ouest du Pacifique ou l’est de la Méditerranée,l’élévation dépasse le centimètre par an alors que le niveau de la mer s’est abaissé dans l’est du Pacifique. L’élévation du niveau des mers sous surveillance Jean-François Minster, président directeur général, Ifremer E n occupant 70 % de la surface terrestre,l’océan demeure le meilleur gardien des équilibres fragiles de notre planète. C’est pourquoi la connaissance du milieu océanique, son interaction avec l’atmosphère et ses conséquences sur le climat sont aujourd’hui au centre des préoccupations. Une inquiétude persiste sur les conséquences de l’élévation du niveau des mers en zone côtière ! Le niveau des mers a toujours varié au cours des temps géologiques. Il y a trois raisons fondamentales à cette variation : la forme et le volume des bassins océaniques changent entre autres avec la tectonique des plaques ; la quantité d’eau évolue essentiellement par transfert entre les calottes polaires et les océans en relation avec les cycles glaciaires ; enfin la densité de l’eau varie avec sa température et sa salinité. Le premier phénomène est lent, tandis que les deux autres peuvent être rapides,notamment en relation avec les changements climatiques. Il faut noter cependant que l’ajustement du niveau de la mer sous l’effet d’un apport de masse d’eau est rapide et homogène, tandis qu’il faut de 36 l’ordre d’un millier d’années pour répartir un apport thermique dans tout l’océan, si bien que l’élévation liée à un réchauffement des eaux est très hétérogène. Des mesures fiables grâce à l’altimétrie de précision Les données des satellites altimétriques de précision ont profondément modifié l’approche du problème. D’une part, on dispose de mesures absolues du niveau de la mer avec un échantillonnage représentatif (500 000 points de mesure tous les 10 jours couvrent de l’ordre de 90 % de l’océan), ce qui n’était pas du tout le cas des enregistrements marégraphiques. Cela permet notamment de caractériser les variations interannuelles du niveau C’est également important pour l’étude des impacts sur les zones côtières. Celles-ci ne sont presque jamais des zones statiques,mais des systèmes dynamiques qui vonts’ajuster devant la montée des eaux :érosion des plages ou des falaises,déplacement des cordons littoraux, pénétration des eaux salées dans les estuaires ou les aquifères,fragilisation des écosystèmes littoraux comme les mangroves, sans oublier l’augmentation de la fréquence des phénomènes extrêmes comme les maréestempêtes… Chaque site doitdonc être étudié localementetgéré en conséquence : démarches de protec- tion accrue,d’accompagnement,ou de laisser-faire doivent être choisies au cas par cas etsuivies dans la durée. La fonte des calottes polaires suivie par les satellites gravimétriques Il est donc nécessaire de suivre la montée des eaux régionalement, et de mettre en place une surveillance continue de l’océan. Les données altimétriques,dont la série des satellites Jason gérée comme un système opérationnel,sont le meilleur outil pour cela. Cependant, on ne peut exclure qu’une augmentation des apports d’eau douce à l’océan prenne place, par exemple à cause de la fonte des calottes polaires.Un suivi de la distribution des masses d’eau, qu’elles soient dans l’océan, sur les continents ou dans les calottes polaires,est possible grâce aux satellites gravimétriques. La combinaison de ces deux outils,qui était préconisée depuis 20 ans comme essentielle à l’étude de la partie statique de la distribution des masses d’eau océaniques (et donc des courants océaniques “moyens”),s’avère encore plus intéressante pour en étudier la variation temporelle. Quant à l’étude des sites côtiers,elle passe par des descriptions dynamiques locales,qui ne peuvent être entreprises que par la combinaison d’observations morphosédimentaires, hydrologiques, et de courantométrie, associées à des simulations numériques de ces systèmes. Les sites les plus fragiles,comme la Camargue, les côtes landaises, ou certains atolls, sont à étudier en priorité. ■