Big data, satellites et changement climatique

©James Thew/Alamy Stock Photo

La météorologie a été la première discipline scientifique à utiliser le potentiel des capacités spatiales dans les années 1960. Aujourd’hui, l’observation par satellite de l’atmosphère et de la surface océanique permet d’établir des analyses, prévisions, avis et avertissements météorologiques pour la surveillance du climat et autres activités environnementales. Les données utilisées dans les modèles de prévision numérique du temps dépendent aux trois-quarts des relevés satellitaires.

La coordination internationale pour la surveillance du climat est pilotée par le Comité directeur du Système mondial d’observation du climat (SMOC). Ce groupe a été créé en 1992 par l’Organisation météorologique mondiale (OMM), la Commission océanographique intergouvernementale, l’UNESCO et le Programme des Nations Unies pour l’environnement. Constatant que la question des changements climatiques demeurait mal comprise et mal documentée dans un grand nombre de pays, le SMOC a plaidé pour l’établissement d’un inventaire de « variables climatologiques essentielles » ou VCE, composé 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, et ainsi d’étayer les travaux du Groupe intergouvernemental d’experts pour l’étude du changement climatique (GIEC).

Les satellites d’observation terrestre occupent une place de choix dans ce système international de surveillance du climat. En effet, plus de la moitié des 50 VCE actuellement exploitées sont tributaires des données satellitaires, de façon exclusive dans certains cas. Les satellites altimétriques calculent la distance qui les sépare de la surface de la Terre et relèvent en continu le niveau exact de la mer. Le niveau des nappes phréatiques, leur alimentation et débit sont établis par les variations et fluctuations de la gravité terrestre, détectées par les satellites. […] Les instruments satellitaires permettent également de déterminer la composition chimique de l’atmosphère et de repérer la présence de dioxyde de carbone, de méthane, d’ozone et autres gaz à effet de serre ; de surveiller la glace de mer, les calottes polaires et glaciaires et les glaciers (à l’aide d’altimètres, d’images radar et d’instruments de mesure de la gravité) ; de guetter les phénomènes météorologiques extrêmes moyennant l’observation des températures de surface de la mer, de la vitesse du vent et du niveau de la mer ; et de suivre les tempêtes depuis de puissants satellites optiques placés en orbite géostationnaire.

Dans les dix ans à venir, l’amélioration notable de la résolution optique et temporelle offerte par les satellites de nouvelle génération renforcera les capacités de prévision météorologique et de modélisation climatique tout en perfectionnant la surveillance en temps réel de nombreuses variables. Le champ des possibles en matière de mesure s’élargira au fil du remplacement et du renforcement des missions actuelles. Ces cinq prochaines années devraient voir le lancement, par Eumetsat, de satellites polaires de deuxième génération et de satellites météorologiques géostationnaires de troisième génération, le déploiement de satellites européens Sentinelles dans le cadre du programme Copernic et la mise sur orbite de plusieurs satellites chinois. En outre, le resserrement de la coopération internationale, conjugué à la multiplication des prestataires nationaux et des missions de coopération internationale, permettra d’étendre la couverture et de renforcer la résilience du système. Selon l’OMM, les satellites chinois FY-3 sont appelés à devenir le troisième pilier des systèmes en orbite polaire, aux côtés des satellites américains et européens.

En octobre 2015, environ 130 missions d’observation terrestre étaient en cours, d’après la base de données du Comité chargé de coordonner les activités des satellites d’observation terrestre (CEOS), initialement créé par les pays du G7 en 1984. Ces missions concernent l’atmosphère, la surface terrestre, les océans, la glace et la neige, mais aussi la gravité et les champs magnétiques, et elles mobilisent des satellites météorologiques ainsi que de nombreux satellites de télédétection exploités par des instances gouvernementales. En sont donc exclues les constellations commerciales comme Skybox, GeoEye, WorldView, etc., susceptibles d’apparaître dans d’autres bases de données de télédétection. Certaines de ces missions ont une double vocation : leurs instruments peuvent également servir à des fins commerciales ou militaires (comme la constellation italienne CosmoSkyMED).

Les missions satellitaires résultent souvent d’une coopération internationale, plusieurs instances fournissant alors des instruments et autres formes de concours. Elles font intervenir un ou plusieurs satellites (comme la mission GRACE, qui comprend deux satellites évoluant en formation), transportant chacun un ou plusieurs instruments. Actuellement, environ 350 instruments sont exploités par les missions soutenues par le CEOS. La plupart des missions sont dirigées par les États-Unis, l’Europe (à travers l’ESA, Eumetsat et les agences nationales), la Chine et la Fédération de Russie. Les missions à venir se trouvent à différents stades de préparation et d’approbation financière. Jusqu’à présent, 66 ont été approuvées en remplacement ou en renfort pour les quinze prochaines années, et 100 sont à l’étude ou en préparation (au risque pour certaines d’être abandonnées).

Bien que l’innovation progresse, il est difficile d’assurer la continuité des observations. Les coupes budgétaires, les pannes et les retards mettent constamment en péril les systèmes de mesure. Dans un rapport de 2015 sur les risques élevés, la Cour des comptes des États-Unis évoquait des lacunes dans les séries chronologiques de données météorologiques. De même, le Comité directeur du SMOC a signalé que les mesures de certaines variables climatologiques essentielles (irradiation solaire, température de surface de la mer dans le domaine des micro-ondes) risquaient d’être interrompues.

Le stockage et la conservation des données posent également problème. Plus la résolution optique et temporelle augmente, plus les missions satellitaires génèrent des volumes importants de données. […] Il sera probablement de plus en plus difficile de faire le tri entre les données à archiver et celles à supprimer après leur exploitation. […]

D’où la question de l’accès et de la diffusion des données. Pour maximiser leurs effets sociétaux, il importe de les partager et de les distribuer judicieusement, mais aussi de transformer les données brutes en produits à valeur ajoutée. […]

Les spécialistes réfléchissent à l’impact que l’évolution des services commerciaux situés en aval pourrait avoir à long terme sur les politiques d’accessibilité des données. Les partenariats public-privé font partie des solutions envisagées pour mutualiser les coûts et réduire les dépenses liées aux missions satellitaires et au stockage des données à long terme. Le partage et l’accessibilité des données risqueraient toutefois d’en pâtir.

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Image de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) datée du 16 novembre 2015 et montrant les données satellitaires de température de l’eau à la surface de la mer pour octobre 2015. La couleur rouge-orange signale des températures supérieures à la normale, qui indiquent le passage d’El Niño. ©NOAA/AFP

Extrait et adapté de « Could big data from satellites play a major role in climate change management ? » dans le chapitre 4 de la publication Space and Innovation, Éditions OCDE, 2016, http://dx.doi.org/10.1787/9789264264014-en.

Références

Pour la liste complète des références et graphiques, voir le rapport susmentionné.

Contacter Claire.jolly@oecd.org 

OCDE (2014), Space Economy at a Glance, Éditions OCDE, Paris, http://dx.doi.org/10.1787/9789264217294-en

US Government Accountability Office (2015), High-risk series : An update, GAO-15-290, Government Accountability Office, Washington, DC, www.gao.gov/assets/670/668415.pdf

©L'Observateur de l'OCDE n°307 T3 2016

Organisation météorologique mondiale (2015), Status of the Global Observing System for Climate : Full Report, GCOS-195, Genève, octobre, www.wmo.int/pages/prog/gcos/Publications/GCOS-195_en.pdf (en anglais), http://www.wmo.int/pages/prog/gcos/Publications/GCOS-194_fr.pdf (résumé en français)




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