Observer la Terre en infrarouge

Depuis les années 60, les activités spatiales n’ont cessé de se développer : l’observation de la Terre, des planètes et de leurs satellites naturels environnants, le développement d’études scientifiques sur l’environnement et la météorologie, mais également le développement des communications par satellite et de la surveillance civile et militaire. Autant d’applications rendues possibles notamment grâce à la technologie infrarouge, dont les premiers détecteurs ont été produits à partir des années 60 – 70. Depuis, ces détecteurs ont largement évolué, tout comme leurs performances, et ils continuent d’accompagner des projets spatiaux toujours plus ambitieux.

Alors quel rôle la technologie infrarouge joue-t-elle dans ces activités spatiales ? Quelles applications spécifiques permet-elle de développer ? Et enfin, qu’apporte l’infrarouge à l’observation de la Terre ?

Voici les quelques questions auxquelles nous allons répondre dans cet article pour mieux comprendre comment la technologie infrarouge intervient dans l’exploration de l’univers.

1- Météorologie et réchauffement climatique : comment l’infrarouge permet d’observer l’évolution de l’environnement sur Terre ?

• Observation des changements environnementaux et anticipation de leurs conséquences

La Technologie infrarouge permet l’observation des changements climatiques via l’étude de la température des océans et des continents, et de la composition de l’atmosphère. Elle facilite également le suivi des écosystèmes marins grâce à l’observation de la couleur de l’océan.

Techniquement, comment cela se déroule ? Les détecteurs infrarouges embarqués sur des satellites balayent la surface de la Terre, détectent le rayonnement émis ou réfléchi par les surfaces survolées et le traduisent en images ou en données scientifiques pour alimenter des modèles mathématiques de prévision d’évolutions.

Ces détecteurs sont également capables de voir à travers les nuages de poussières, garantissant ainsi des images, dans n’importe quelles conditions.

Ces performances font de la technologie infrarouge un outil indispensable à nombres de missions spatiales, comme par exemple la mission MicroCarb, pionnière européenne de la surveillance du CO2. Un détecteur infrarouge (SWIR) est embarqué sur le satellite MicroCarb afin de surveiller et de capter les émissions de CO2 dans l'atmosphère, dans le but d’améliorer la compréhension des mécanismes du dérèglement climatique global.

• La technologie infrarouge est utilisée dans le domaine de la météorologie

En effet, on étudie et on mesure la surface de la Terre et des nuages comme sources de rayonnement infrarouge afin d’obtenir des images contrastées représentatives des températures. Plus l'objet est chaud, plus il est noir et plus l'objet est froid, plus il est blanc. Les nuages élevés apparaissent plus blancs que les nuages bas car ils sont plus froids.

L’analyse de la teneur et de la répartition de l’humidité dans les hautes couches de l’atmosphère est également utile, notamment pour les prévisions météorologiques. L’imagerie infrarouge permet d’observer les formations particulièrement chargées en vapeur d’eau et de les faire apparaitre en noir. Ainsi, les masses nuageuses caractéristiques des dépressions sont visibles et prévisibles.

Enfin, les mesures de températures : à l’aide de capteurs infrarouges, il est possible d’évaluer la température de l’atmosphère mais également des océans.

C’est ainsi, grâce aux données de ces capteurs infrarouges embarqués dans des satellites qui suivent la signature thermique de l’oxygène dans une importante couche de l’atmosphère, que la science a pu démontrer le réchauffement de la troposphère et le refroidissement de la stratosphère, attestant ainsi la notion de réchauffement climatique.

2 - Agriculture : l’observation des cultures

• Suivi de l’état des cultures et estimation des rendements agricoles, depuis l’espace.

L’infrarouge produit des images à des moments clés de la croissance des cultures afin d’évaluer des paramètres biophysiques qui nous renseignent sur l’état de la plante : l’indice de surface foliaire, la teneur en chlorophylle, le niveau de stress hydrique de la plante, d’éventuelles anomalies de croissance…

Ces observations, couplées à des modèles  « agro-météo » complexes, permettent de gérer et d’anticiper les récoltes pour assurer le besoin alimentaire national et estimer les capacités d’exportation d’un pays.

L’infrarouge permet également de classifier les différents types de cultures et de sols, d’estimer et optimiser la production des récoltes, de surveiller la conformité aux lois et traités.

• Observation et surveillance de l’état des forêts

La technologie infrarouge permet l’analyse de l’étendue des forêts et de leurs évolutions. Ainsi, elle facilite la gestion des forêts : détermination des surfaces forestières et des peuplements, estimation des dégâts d’intempéries (incendies, tempêtes, ouragans), aménagement et surveillance des sites protégés.

3- Observation militaire : l’infrarouge permet d’améliorer les capacité de surveillance et de renseignement des pays

• Surveillance des zones sensibles

Dans le domaine militaire, l’utilisation de satellites de reconnaissance équipés de détecteurs infrarouges permet de collecter des informations sur les installations civiles et militaires de pays ennemis, d’identifier les installations fixes, les armes et les unités militaires. Il s’agit de faire du suivi de veille stratégique militaire pour aider à la prévention et à l’anticipation de potentielles crises.

La surveillance de l’espace constitue un véritable enjeu stratégique car il s’agit désormais d’un champ de confrontation militaire.

Enfin, le renseignement est également un enjeu de taille dans les opérations militaires c’est pourquoi les détecteurs infrarouges embarqués sur des satellites spatiaux sont indispensables à l’indépendance opérationnelle des armées.

• Satellites d’alerte précoce

Des détecteurs infrarouges sont embarqués sur des satellites artificiels afin de détecter les lancements de missiles balistiques de la part de pays ennemis. Les détecteurs sont capables d’identifier le missile grâce à la chaleur dégagée par ses moteurs durant la phase propulsée. L’alerte ainsi donnée, les armées peuvent réagir vite et prendre les mesures nécessaires.

4- Missions et programmes scientifiques : quels rôles pour l’infrarouge

•  Astronomie

La technologie infrarouge fait désormais partie de bons nombres de missions et projet spatiaux, comme le projet de télescope infrarouge dans l’espace qui permettra d’étudier l’origine et l’évolution des galaxies et des planètes, la formation des étoiles, mais aussi le comportement de la poussière interstellaire.

La mission d’astrophysique européenne Euclid embarque également de l’infrarouge : équipé de la plus grande caméra infrarouge jamais envoyée dans l’espace, ce satellite a pour mission de fournir des données pour la recherche de la matière noire et de l’énergie sombre. Il permettra de mesurer très précisément les distances de milliards de galaxies et d’élaborer des cartes 3D de l’Univers.

Enfin, la mission d’observation Exomars dont l’objectif est l’observation de la planète Mars et de son atmosphère notamment grâce à des capteurs infrarouges, afin de détecter s’il y a ou s’il y a eu de la vie sur Mars.

L’espace est devenu un terrain de plus en plus investi que ce soit par la science, le domaine militaire ou environnemental. La technologie infrarouge est depuis toujours étroitement liée à ce développement car sa capacité de visibilité en fait une alliée indispensable.

Ainsi, plus les détecteurs infrarouges évoluent, se perfectionnent, plus les missions dans lesquelles ils sont présents, sont nombreuses. Cette relation de cause à effet, montre bien que leur contribution à l’observation de la Terre et à l’exploration de l’univers est grandissante et que cette technologie est devenue incontournable dans ce domaine.