De nouvelles technologies au service de problèmes complexes: Du satellite à la 3D

Les technologies d’observation de l’environnement ont considérablement progressé ces dernières années. Mais perspicacité et jugement restent indispensables car tout ne peut être confié à des instruments, aussi sophistiqués soient-ils. D’autant que leur utilisation a un coût.

Texte: Mirella Wepf

A l’origine, l’observation environnementale était une science très « terre à terre ». Elle consistait à prélever des échantillons de sol et d’eau, à cataloguer les espèces animales et végétales, à mesurer le niveau des eaux ou à dresser des cartes. Elle prit son envol en 1858 grâce à Gaspard-Félix Tournachon, plus connu sous le pseudonyme de Nadar, qui fut le premier à photographier la planète depuis un ballon. D’autres pionniers de la photographie aérienne suivirent, utilisant des avions, des cerfs-volants, de petites fusées ou même des pigeons voyageurs, à l’instar du pharmacien allemand Julius Neubronner dans les années 1910. La télédétection, comme elle fut appelée, franchit une étape décisive en 1959 lorsque le satellite américain Explorer 6 photographia la Terre depuis l’espace. Ce ne fut toutefois qu’en 1972 que l’observation systématique de la planète par satellite débuta, avec le programme Landsat de l’agence spatiale américaine NASA.

Par la suite, la télédétection offrit constamment de nouvelles perspectives à l’observation de l’environnement et elle continue à le faire aujourd’hui. Les méthodes terrestres de relevé ont évolué elles aussi.

Irena Hajnsek, EPF Zurich
Irena Hajnsek, EPF Zurich

Une approche globale et anticipatrice

« En ce qui concerne l’avenir, j’entrevois deux grands problèmes », déclare Markus Wüest, chef de la section Observation de l’environnement à l’OFEV. Premièrement: à travers ses importations, la Suisse « délocalise » une part croissante de son impact environnemental à l’étranger (56 % en 1996 contre 73 % en 2011). « Cela nous contraint à adopter une approche globale et à assumer notre responsabilité », précise-t-il.

Le second problème soulève une question technique épineuse: « Comment identifier à temps les risques liés aux impacts environnementaux? » On sait que les écosystèmes ne réagissent pas de façon linéaire: « Une population de poissons peut résister longtemps à la surpêche, puis s’effondrer d’un coup. » Le réchauffement climatique recèle des risques semblables. Markus Wüest en est certain: « Nous ne pouvons pas relever ce défi par la seule technique d’observation. Par contre, elle peut nous aider à restreindre des dommages coûteux et à fournir des bases de décisions politiques. »

Le monitoring satellitaire des forêts est un exemple de collaboration future entre observation de l’environnement et politique. Les satellites émettent des ondes électromagnétiques. « Selon le type d’onde envoyée, ils reçoivent des signaux différents de la part des plantes », explique Irena Hajnsek, titulaire de la chaire d’observation de la Terre à l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ). « Les ondes longues, par exemple, pénètrent dans la forêt jusqu’au sol, dont elles relèvent très précisément la structure interne. » Cela permet de mesurer la quantité de CO2 stockée dans la biomasse et facilite la mise en œuvre technique du programme « Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation » (REDD+) de l’ONU, qui recourt à des incitations financières pour encourager la protection des forêts dans leur rôle de puits de carbone.

Avec Copernicus depuis l’espace

Au cours des dernières décennies, l’Europe a rattrapé les Etats-Unis pour devenir un acteur majeur de la recherche spatiale. Le programme européen de surveillance de la Terre Copernicus (autrefois nommé Global Monitoring for Environment and Security, GMES) a lancé le premier satellite du projet Sentinel en avril 2014. Tom Klingl, spécialiste des systèmes d’information géographique à l’OFEV, en décrit les avantages: « Autrefois, l’UE soutenait des projets isolés, alors que les satellites Sentinel s’inscrivent dans un programme permanent. » Copernicus transmet des données à une cadence élevée et couvre une large bande d’ondes électromagnétiques. « Il livre des informations sur des paramètres environnementaux les plus divers: types de végétation et taux d’humidité du sol ou encore aérosols présents dans l’air. »

Ces informations sont importantes pour étudier les interactions écologiques. « Cette génération de satellites pourrait fournir à l’OFEV des données très utiles pour mieux distinguer les types de cultures mises en place sur les surfaces agricoles », déclare Tom Klingl. Motif: zones cultivées et pâturages n’exercent pas la même influence sur les apports en substances nutritives dans les eaux. Des informations plus récentes permettraient d’améliorer les modèles.

Bien que la Suisse ne soit pas associée à Copernicus, bon nombre de ses universités ont participé à des projets de recherche dans le cadre du programme précédent. Par ailleurs, à la demande de l’Agence spatiale européenne (ASE), dont la Suisse est membre, le monitoring actuel couvre l’ensemble du continent. Selon Tom Klingl, plusieurs séries de données produites actuellement représentent un intérêt pour l’OFEV: « Des informations sur la densité de la canopée avec le Forest Layer, une vue d’ensemble de l’imperméabilisation du sol avec l’Imperviousness Layer et de précieuses indications sur la présence de la nature et la qualité de vie dans les villes avec l’Urban Atlas. »

Jean-Christophe Zufferey, PDG de SenseFly
Jean-Christophe Zufferey, PDG de SenseFly

TandEM-X et Co

Copernicus n’est pas le seul projet prometteur. Irena Hajnsek, de l’EPFZ, évoque également la mission satellitaire allemande TandEM-X lancée en 2010: « Deux satellites coordonnés créent une image tridimensionnelle du monde. » Aujourd’hui, il n’existe pas de modèle altimétrique universel de référence, alors que différentes applications géoscientifiques en ont un urgent besoin.

« Les représentations 3D n’ont en soi rien de nouveau », indique Tom Klingl, « mais les avions et les satellites nous fournissent des données plus actuelles concernant des zones inaccessibles et bien plus vastes » (voir aussi l’article « Mouvements de terrain: Le radar InSAR veille », environnement 1/2014). En outre, grâce à la prise répétée d’images 3D de la couverture neigeuse, il est possible de prévoir avec une précision croissante le débit des eaux de fonte des neiges et les réserves d’eau disponibles, deux domaines qui font actuellement l’objet d’études approfondies à l’Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage (WSL).

Les applications 3D connaissent un franc succès non seulement dans les milieux scientifiques, mais aussi sur le plan économique, comme le montre le vif intérêt suscité par SenseFly et Pix4D, deux spin-offs de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) qui ont créé en 2013 un modèle 3D du Cervin à l’aide de mini-drones. « Nous voulions démontrer ce dont ces appareils sont capables dans des conditions extrêmes », explique Jean-Christophe Zufferey, PDG de SenseFly. Désormais, plusieurs engins peuvent opérer en essaim. Ils sont utilisés dans l’agriculture, l’observation de l’environnement, l’étude des tortues marines, mais aussi dans le domaine de l’aide humanitaire. L’Institut des Nations unies pour la formation et la recherche (UNITAR), par exemple, y a recouru en février 2012 pour se faire une idée des dégâts subis par certains quartiers de Port-au-Prince, la capitale haïtienne frappée en 2010 par le fort séisme que l’on sait et toujours en état d’urgence.

Charlotte Steinmeier, WSL
Charlotte Steinmeier, WSL

A chaque technique, sa pertinence

Les drones font depuis quelques années l’objet d’un engouement qui touche aussi l’observation de l’environnement. L’opinion de Tom Klingl, expert en la matière à l’OFEV: « Cette technique est parfaite pour les études limitées dans l’espace, par exemple le monitoring d’une petite zone marécageuse. » Du même avis, Charlotte Steinmeier, spécialiste de la télédétection au WSL, ne croit pas pour le moment que les petits aéronefs soient adaptés aux relevés à grande échelle, notamment en raison de leur autonomie réduite et de la législation: seuls les vols en vue sont autorisés, autrement dit, ils ne doivent pas quitter le champ de vision du télépilote.

Toujours selon Charlotte Steinmeier, il est plus pertinent de compléter des prises de vue aériennes de bonne qualité, telles que celles fournies par Swisstopo, par des données satellitaires. « Et nous devons nous demander ce dont nous avons vraiment besoin pour pratiquer un monitoring terrestre moderne. » Des images d’une résolution toujours plus fine ne sont pas nécessaires. C’est la fréquence qui compte.

Nouvelles perspectives au sol

Markus Wüest pense lui aussi qu’il s’agit de trouver l’équilibre entre les méthodes de monitoring modernes et celles qui ont fait leurs preuves. Il en est convaincu: « La mesure des polluants par satellite ne rend pas notre réseau obsolète. Elle pourrait le compléter utilement, par exemple en ce qui concerne les alertes précoces. Il en va de même pour d’autres sphères environnementales comme la forêt et l’eau ».

Par ailleurs, le monitoring environnemental terrestre affiche lui aussi des développements prometteurs. « Beaucoup de techniques connues, comme le laser, le radar ou les capteurs de pollution, sont de moins en moins chères, ce qui ouvre de nouvelles perspectives à la recherche », observe Markus Wüest. Une autre nouveauté très intéressante est le « crowdsourcing », qui consiste à s’approvisionner en informations à partir d’un grand nombre de petites sources indépendantes: « Il existe déjà des voitures qui mesurent la qualité de l’air dans l’habitacle et à l’extérieur. » Et d’ajouter que, très bientôt, ces données seront regroupées et utilisées dans un système d’alerte en temps réel.

Quant à la tentative d’IBM de reproduire la capacité humaine à reconnaître des modèles, elle est visionnaire et extrêmement intéressante pour l’analyse de données environnementales. « Dans le domaine de l’interprétation des images, le cerveau humain a encore plusieurs longueurs d’avance sur l’ordinateur », souligne Markus Wüest. C’est la raison pour laquelle le plus moderne des monitorings satellitaires requiert encore beaucoup de « travail manuel ».

A la question de savoir si le monitoring des sols fait lui aussi l’objet d’innovations, Markus Wüest passe de la sphère technique à la sphère politique. « La qualité des sols ne change que très lentement », dit-il. « Mais le débat sur la qualité ne doit pas faire oublier la quantité! » D’après les statistiques, la Suisse perd chaque année environ 35 km carrés de surface cultivée, et ce depuis 1985. C’est donc l’aménagement du territoire, autrement dit la politique, qui doit intervenir, car en fin de compte, l’observation de l’environnement ne peut contribuer au développement durable que si elle donne naissance à des mesures concrètes.

 

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Dernière modification 11.02.2015

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