Unique en son genre, le satellite franco-israélien Venμs préfigure peut-être l'avenir de l'observation de la Terre. Dédié au suivi de la végétation, il survolera 110 sites tous les deux jours durant deux ans et demi. Commentant ses premières images, Jean-Yves le Gall, le président du Cnes, nous explique que la surveillance des variables climatiques exige des partenariats internationaux.

Seulement quelques jours après son lancement, le satellite de la végétation Venμs (avec le mu grec remplaçant le u) vient d'acquérir sa première série d'images offrant « un aperçu des données qui seront acquises durant les prochaines années pour une meilleure compréhension de l'évolution du climat, de ses impacts et des voies d'adaptation », souligne le Cnes dans un communiqué de presse.

Les images rendues publiques par le Cnes ne donnent qu'un faible aperçu du potentiel de Venµs, un instrument exceptionnel. Sa caractéristique principale est le suivi, régulier et fréquent, de sites terrestres. La mission a plusieurs objectifs :

production de données utiles à l'amélioration des cartes de couverture des terres ;

étude de la biodiversité ;

; construction des modèles de flux de carbone ;

; suivi de la production agricole ;

gestion de l' irrigation .

La forêt tropicale au Pérou (région d’Ucayali) observée par Venµs le 19 août 2017. © Cnes

Le changement climatique a un nouveau satellite

Après une période de qualification d'une durée de trois mois, le satellite Venµs sera un satellite de plus pour « aider la communauté internationale à lutter contre le changement climatique », nous explique Jean-Yves Le Gall, président du Cnes. Et de rappeler « le rôle prépondérant des satellites dans ce domaine », dont beaucoup de personnes n'ont pas suffisamment conscience.

En effet, afin de pouvoir surveiller les différents aspects du changement climatique, « une liste de 50 composantes clefs du système Terre a été identifiée ». Ce sont les « variables climatologiques essentielles », ou VCE, « des variables physiques, chimiques et biologiques qui définissent le climat de la Terre, afin de rendre la surveillance du système climatique plus systématique et globale ». Elles étayent également les travaux du GIEC (Groupe intergouvernemental d'experts pour l'étude du changement climatique) et ont été choisies « en raison de leur importance mais aussi parce qu'elles sont techniquement et économiquement accessibles à l'observation systématique » précise Jean-Louis Fellous, physicien de l'atmosphère, et ancien responsable des programmes d'observation de la Terre du Cnes.

Région de Marseille observée par Venµs le 18 août 2017. © Cnes

L'indispensable coopération internationale

Or, sur ces 50 VCE qui surveillent les différents aspects du changement climatique, « 26 sont tributaires des données satellitaires » précise Jean-Yves Le Gall. Il est donc important « d'assurer la continuité des observations et des mesures ». C'est ce que fait Copernicus avec ses six familles de satellites Sentinel. Ce programme d'observation de la Terre, unique dans le monde, est financé par la Commission européenne. Mis en œuvre par l'Agence spatiale européenne, il est prévu pour durer au moins ces 40 prochaines années.

Mais ce n'est pas suffisant. Compte tenu des enjeux politiques et économiques, « surveiller les différents aspects du changement climatique nécessite une certaine coordination des observations des satellites au niveau mondial » et la mise en place « d'un observatoire spatial du climat à l'échelle de la planète ». Le but est de limiter l'utilisation de plusieurs satellites nationaux pour la même mesure. Un Copernicus à l'échelle de la planète en quelque sorte.

Bien qu'aujourd'hui, les missions satellitaires résultent souvent d'une coopération internationale, comme c'est le cas pour Venμs, il faudrait arriver à « un partage des tâches, ce qui nécessite une confiance dans les résultats des autres ». C'est-à-dire qu'un satellite chinois pourrait faire des mesures des émissions de gaz à effet de serre au-dessus des États-Unis que le gouvernement américain ne remettrait pas en cause et dont il pourrait même tenir compte.

Ce qu'il faut retenir Lancé par une fusée Vega le 2 août 2017, Venµs est un satellite environnemental dont l'imageur multispectral, dans le visible et l'infrarouge, mesure l'état de la couverture végétale.

En survolant régulièrement les mêmes sites, soigneusement sélectionnés, durant plus de deux années, il permettra un suivi de l'évolution de la végétation avec les saisons, ce qui n'a jamais été fait avec une telle précision depuis l'espace.

Cette mission contribue aux observations satellitaires de surveillance des « variables climatologiques essentielles ».

Pour en savoir plus

Vega va lancer les satellites Venµs et Optsat 3000 pour observer la Terre

Article de Rémy Decourt publié le 01/08/2017

Cette nuit, deux satellites d'observation de la Terre seront lancés depuis le Centre spatial guyanais de Kourou. Pour cette mission, Arianespace utilisera Vega, le plus petit lanceur de sa gamme. Les satellites qui partiront sont Venµs, pour le suivi de la végétation, et Optsat 3000, pour répondre à des besoins du ministère italien de la Défense.

Pour son huitième lancement de l'année, Arianespace utilisera le lanceur Vega pour mettre en orbite deux satellites d'observation de la Terre. Il s'agit du militaire Optsat 3000, pour le compte du ministère italien de la Défense, et du satellite d'observation de la végétation Venμs, une mission réalisée par l'Agence spatiale israélienne et le Centre national d'études spatiales (Cnes).

Pour ce lancement, Vega ne sera pas utilisé à sa pleine capacité. En effet, la performance demandée est de 990 kg alors que ce lanceur peut emporter 1,5 tonne à 700 kilomètres d'altitude. Le décollage, depuis le Centre spatial guyanais de Kourou, est prévu cette nuit, à 3 h 58 mn 33 s, heure de Paris. Du décollage à la séparation du dernier satellite (Venμs), l'opération devrait durer 1 h 37 mn et 18 s.

Vega, le plus petit lanceur de la gamme d'Arianespace, réalisera ce soir sa dixième mission depuis le début de son exploitation au Centre spatial guyanais, en 2012. © S. Corvaja, ESA

Des applications civiles et militaires

Optsat 3000 (368 kg) sera séparé sur une orbite héliosynchrone à environ 450 kilomètres d'altitude, incliné à 97 degrés. Venμs (264 kg) visera une orbite identique mais plus haute, à 720 km, et il sera incliné à 98 degrés. Optsat 3000 sera éjecté du lanceur à une vitesse de 7.715 mètres par seconde et Venμs à 7.586 mètres par seconde.

Ces deux satellites ont été construits par Israel Aerospace Industries. Avec une résolution de moins d'un mètre, Optsat 3000 fournira des images haute résolution de n'importe quel point du Globe. En termes d'optique, les performances d'Optsat 3000 ne sont peut-être pas exceptionnelles, mais ce satellite se caractérise par une excellente autonomie, un poids réduit, une faible consommation d'énergie et une grande agilité. Ce faible poids et les dimensions compactes du satellite impliquent une faible inertie, ce qui permet l'acquisition, en un seul passage, d'un très grand nombre d'images sur une zone très vaste.

Quant à Venμs, il s'agit d'une mission d'observation de deux cycles complets de la végétation avec une répétitivité de deux jours (contre cinq jours pour Sentinel 2). Elle doit démontrer tout l'intérêt d'une répétitivité aussi faible. Elle comporte également un volet technologique avec la qualification en vol d'un système israélien de propulsion électrique (lire ci-dessous pour en savoir plus).

Venµs : un satellite franco-israélien pour observer la Terre

Article de Rémy Decourt publié le 31/07/2017

Depuis l'espace, la lutte contre le changement climatique prend plusieurs formes. Avec le satellite franco-israélien Venµs, il sera possible d'étudier la dynamique de la végétation pour la première fois. Une stratégie d'observation inédite pour répondre aux besoins des climatologues. Les explications de Pierric Ferrier, chef de projet Cnes de la mission, et Gérard Dedieu, responsable scientifique du Cesbio.

La mission Venμs est née d'un constat simple : la plupart des satellites d’observation de la Terre sont mal adaptés au suivi de la végétation. En effet, en raison d'un rythme d'évolution assez rapide, la végétation nécessite une fréquence de revisite élevée et des observations à haute résolution.

Pour répondre à ce besoin, le Cnes et l'Agence spatiale israélienne se sont associés pour réaliser le satellite Venμs. Ce petit satellite de 280 kilogrammes embarque un unique instrument, fourni par le Cnes. Totalement nouveau, cet imageur multispectral va observer la végétation de manière répétitive et avec une fréquence qui n'a encore jamais été réalisée : tous les deux jours. C'est aujourd'hui le délai de revisite le plus court au monde pour une mission scientifique d'observation en optique à haute résolution !

Le suivi des agrosystèmes et des habitats sensibles en zone agricole sera réalisé par Venµs pour la préservation de la biodiversité. Ici, des terres agricoles en Picardie, photographiées par Thomas Pesquet lors de son séjour à bord de la Station spatiale internationale (ISS). © ESA

Un suivi inédit de la végétation à l'échelle de la planète

Cet imageur est dit « multispectral » parce qu'il peut réaliser des images dans 12 bandes spectrales -- adaptées au suivi de la végétation (visible et infrarouge) -- de 5,3 mètres de résolution. Aucun capteur embarqué sur un satellite en orbite ne combine actuellement une telle fréquence de revisite et une telle finesse spatiale pour le suivi de la végétation.

En contrepartie, toute la planète ne peut être observée. C'est pourquoi, le Cnes et le Cesbio, qui ont défini les objectifs scientifiques de la mission avec l'université Ben-Gurion du Néguev (Israël), ont choisi 110 sites parmi 146 propositions reçues de 41 pays différents (au total 465 sites). La fauchée de Venμs (c'est-à-dire sa largeur de prise de vue au sol) étant de 27 kilomètres, la plupart des 110 sites ont donc aussi cette taille : 27 x 27 km. Le satellite sera placé avec un lanceur Vega d'Arianespace sur une orbite polaire quasi héliosynchrone pour une revisite de deux jours à quelque 720 kilomètres d'altitude.

Mieux comprendre le fonctionnement de la végétation est essentiel pour la modélisation climatique et pour relever les défis sociétaux de la planète tels que la gestion des ressources en eau, l'agriculture durable ou la sécurité alimentaire. En suivant de manière précise l'état et la dynamique de la végétation, Venμs renseignera également les scientifiques sur le rôle de l'activité humaine dans les changements climatiques qui s'opèrent sur les surfaces continentales.

Venμs est également une mission de démonstration

À noter que Venμs utilisera deux modes de propulsion :

un moteur classique par hydrazine pour la mission scientifique ;

pour la mission scientifique ; le propulseur de Hall de 300 watts (HET-300) développé par Rafael.

Ce dernier sera testé en vol par l'Agence spatiale israélienne lors de la dernière année de fonctionnement du satellite. Après une période de 2,5 ans consacrée à l'objectif scientifique de la mission depuis une orbite de 720 kilomètres, lors d'une phase transitoire, le satellite sera descendu à 410 kilomètres au-dessus de la Terre. C'est depuis cette altitude que sera utilisé ce moteur électrique pour vérifier son bon fonctionnement.

L'HET-300 est « un propulseur de Hall à architecture classique opérant au xénon, proche du design du SPT50 russe et qui peut fonctionner entre 200 et 600 watts », nous explique Stéphane Mazouffre, directeur de recherche au CNRS au sein du laboratoire Icare, à Orléans, et spécialiste de ce type de propulsion.

Ce moteur a été qualifié au sol mais cette mission va « permettre aux Israéliens de vérifier en vol les performances de l'ensemble du système : l'électronique, le moteur, la cathode et le contrôle de l'ergol ». Ces informations seront « très utiles pour l'amélioration des systèmes et leur fiabilisation/optimisation ».

Pour la première fois, des régions du Globe vont être observées pendant plus de 2 ans, tous les 2 jours, avec une résolution au sol de 5 mètres. Découvrez en vidéo la mission Venμs. © Cnes

Pierric Ferrier, chef de projet Cnes de la mission, et Gérard Dedieu, responsable scientifique (PI) du Cesbio, répondent à nos questions.

La caméra de Venμs, fournie par le Cnes, fonctionnera dans 12 bandes spectrales. Certaines de ces bandes seront-elles utilisées pour la première fois ?

Pierric Ferrier : Non. Il s'agit de bandes spectrales couramment utilisées par les satellites d'observation de la Terre.

Gérard Dedieu : En revanche, une bande spectrale a été dupliquée et permet d'obtenir un léger effet stéréoscopique qui sera utilisé pour détecter les nuages via leur altitude.

Ces bandes spectrales seront-elles utilisées de façon inédite dans la manière d’obtenir des données ?

Pierric Ferrier : Oui, dans la mesure où elles sont associées à une optique à haute résolution (5,3 mètres) et embarquées sur un satellite qui est phasé à 2 jours (le satellite parcourt 29 orbites en 2 jours et repart ensuite sur ces mêmes traces). Les sites scientifiques retenus seront imagés de façon répétitive pendant la durée de la mission scientifique. Par la suite, les images seront toujours prises dans les mêmes conditions d'éclairement et de visée. Associées à la forte revisite temporelle, ces caractéristiques de prise de vue permettent d'identifier automatiquement les nuages, leurs ombres et de corriger l'influence variable de l'atmosphère (contenu en vapeur d'eau et aérosols).

Justement, comment ces 110 sites ont-ils été choisis ?

Gérard Dedieu : Ces 110 sites ont fait l'objet d'un appel d'offre scientifique qui a obtenu un franc succès : 60 pays ont répondu pour une demande de 465 sites, dépassant largement la capacité du système qui est de 110 sites.

Représentent-ils toutes les variétés des environnements terrestres ?

Gérard Dedieu : La volonté de représenter une diversité d'écosystèmes naturels et cultivés a guidé le choix des sites. Les situations étant très diverses, nous n'avons évidemment pas la prétention d'être exhaustifs. Néanmoins, les sites retenus échantillonnent les 14 biomes terrestres. Ces sites représentent des systèmes agricoles des cinq continents, des forêts, depuis les zones tropicales jusqu'au cercle polaire, et des formations herbeuses de la savane à la toundra. Les biomes aquatiques sont peu représentés : la mission Venµs a été conçue pour étudier les biomes terrestres.

Y a-t-il des sites français ?

Gérard Dedieu : Oui, cinq sites ont été sélectionnés en France métropolitaine. Ils se situent en Auvergne-Rhône-Alpes, dans le Grand Est, en Nouvelle-Aquitaine et en Occitanie :

en Alsace, dans le Bas-Rhin, les écosystèmes étudiés seront des forêts, des zones humides et agricoles ainsi que des sites urbains et périurbains ;

et agricoles ainsi que des sites urbains et périurbains ; deux sites de prairies se situent à Lusignan, dans la Vienne, et Laqueuille, dans le Puy-de-Dôme ;

le site girondin abrite lui aussi plusieurs types d'écosystèmes avec un estuaire (Gironde), des forêts de conifères (Landes), des sites agricoles ( maïs , maraîchage, vignes), des zones humides ainsi que des sites urbains et périurbains ;

(Gironde), des forêts de conifères (Landes), des sites agricoles ( , maraîchage, vignes), des zones humides ainsi que des sites urbains et périurbains ; quant au site du Sud-Ouest, il couvre une zone s'étendant du nord de Toulouse au versant espagnol des Pyrénées et son altitude varie de 120 à 2.800 m. Il recouvre une variété d'écosystèmes tels que des grandes cultures (en partie irriguées), des prairies, des forêts, des pelouses d'altitude et des sites urbains et périurbains.

Des sites proposés par des scientifiques français ont également été sélectionnés sur différents continents : en Antarctique, en Norvège (Svalbard), au Brésil, au Panama, au Burkina Faso, à Madagascar, en Nouvelle-Zélande et au Népal.

Quels ont été les critères de choix pour le retour scientifique et la planification de l’orbite du satellite ?

Pierric Ferrier : Le choix a été difficile en raison à la fois du grand nombre de propositions de très bon niveau scientifique et de la répartition par orbite des sites retenus, car il faut vider les images sur une station terrestre au fur et à mesure que la mémoire de masse du satellite se remplit... Par exemple, l'orbite la plus chargée, sur l'Europe de l'Ouest, est celle qui survole la France. Il faut également que le satellite ait le temps de modifier sa position pour enchaîner l'acquisition de sites proches. Il a donc fallu faire des choix.

Quelles sont vos attentes pour le retour scientifique ?

Pierric Ferrier : La spécificité de Venµs est de conjuguer trois caractéristiques : haute résolution, richesse spectrale et revisite fréquente. Cette spécificité permet la mise en œuvre d'algorithmes innovants permettant d'observer l'évolution précise des réflectances de surface. Concrètement, les images ne seront pas affectées par des modifications d'éclairage ou d'angle de prise de vue.

Gérard Dedieu : Les retours scientifiques attendus concernent principalement une meilleure compréhension du fonctionnement des surfaces continentales sous l'influence des activités humaines et du climat mais aussi le développement de modèles simulant les flux de carbone, d'eau et la productivité végétale. Nous prévoyons également des résultats plus appliqués dans le domaine de la gestion de l'eau, de la cartographie des cultures et de l'occupation des terres ainsi qu'en ce qui concerne l'estimation de la production agricole.

Les données de Venμs sont-elles susceptibles d’intéresser d’autres communautés de scientifiques ou d'autres disciplines ?

Pierric Ferrier : Venµs est une coopération scientifique entre la France et Israël. Un MoU a été signé entre les agences spatiales respectives qui stipule le caractère scientifique de la mission et la politique d'utilisation des données.

Gérard Dedieu : En effet. La mission principale de Venµs concerne la végétation, mais, d'ores et déjà, quelques sites ont été retenus pour étudier la neige, des glaciers, des estuaires ou des zones côtières. Il est possible que des études abordent d'autres sujets, comme la pollution urbaine, l'altitude des nuages ou la débâcle des fleuves sibériens.

La mission Venμs préfigure-t-elle un Venμs 2, voire une constellation pour surveiller en permanence ces 110 sites ?

Pierric Ferrier : Non. Venµs est un démonstrateur qui aidera à spécifier les futures missions après Sentinel 2, c'est-à-dire au-delà de la première série de quatre satellites du programme Copernicus de la Commission européenne. Il n'a pas vocation à être reconduit dans la même mission.

Je précise que la mission scientifique de Venμs est aussi une mission de recherche qui vise à démontrer l'efficacité de l'observation multitemporelle à haute résolution optimisée dans le cadre du programme Copernicus.

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