Un chiffre publié par l’agence spatiale européenne situe la place du satellite dans la mesure du système climatique : sur les 55 variables climatiques essentielles nécessaires pour caractériser le système climatique, les enregistrements de données pour les deux tiers d’entre elles, soit 38, sont exclusivement ou principalement mesurés depuis l’espace.Ces variables sont définies par un système international d’observation et elles constituent, selon la même source, l’information requise pour un suivi systématique du système terrestre. Deux tiers de cette information dépendent donc du satellite.Cet article examine ce que l’observation de la Terre mesure en matière climatique, avec quelle rigueur, et ce que cela suppose en travail de données. Il prolonge l’article consacré aux constellations et au NewSpace.
Ce que sont les variables climatiques essentielles
Cette notion structure l’ensemble du domaine et elle est peu connue hors de lui.La notion mérite d’être posée car elle structure l’ensemble du domaine et elle est peu connue hors de lui.Il s’agit d’une liste de grandeurs physiques, chimiques et biologiques dont la mesure systématique est jugée nécessaire pour caractériser l’état du climat. Elles couvrent l’atmosphère, les océans et les surfaces continentales.Trois propriétés en font autre chose qu’une simple nomenclature. Elles sont définies collectivement plutôt que par un opérateur, ce qui garantit une comparabilité entre programmes. Elles sont assorties d’exigences de précision et de continuité, ce qui contraint les instruments. Et elles servent de référence commune à la communauté scientifique et aux dispositifs institutionnels de suivi.L’agence européenne consacre un programme dédié à ces variables, et elle indique qu’il comprend une série de projets de recherche dédiés au développement, à la production et à la qualification d’enregistrements de données satellitaires de haute qualité, vingt-sept d’entre eux étant recensés en janvier 2024.Les grandes familles de mesures
Quatre se distinguent et leurs exigences techniques diffèrent nettement.Les mesures atmosphériques en observation de la Terre concernent la composition de l’air, dont les gaz à effet de serre et les aérosols. Elles demandent des instruments spectroscopiques d’une sensibilité extrême.Les mesures de surface continentale concernent l’occupation du sol, la biomasse, les glaciers, la couverture neigeuse et l’humidité des sols. Elles reposent sur l’imagerie et elles sont celles qui appellent le plus de travail d’annotation.Les mesures océaniques concernent la température de surface, la couleur de l’eau, le niveau marin et la glace de mer. Elles combinent imagerie, altimétrie et radiométrie.Les mesures de bilan énergétique concernent les flux de rayonnement entrant et sortant, et elles demandent la calibration la plus rigoureuse.Une observation traverse ces quatre familles. Les deuxièmes, celles de surface continentale, sont celles où l’apprentissage automatique s’est le plus développé, précisément parce qu’elles reposent sur une interprétation d’image plutôt que sur une mesure physique directe.Ce que l’archive de l’observation de la Terre apporte
Une propriété distingue le domaine climatique de tous les autres usages.Une propriété distingue le domaine climatique de tous les autres usages de l’observation de la Terre, et elle mérite d’être posée.L’agence européenne décrit son programme comme conçu pour réaliser le plein potentiel des archives d’observation de la Terre de long terme que l’agence et ses États membres ont constituées au cours des quarante dernières années.Quarante ans de mesures constituent une ressource que rien d’autre ne remplace. Un phénomène climatique se caractérise par une tendance, et une tendance suppose une série longue.Trois conséquences en découlent. La continuité des missions devient un enjeu programmatique majeur, une interruption créant une rupture dans la série. L’homogénéisation entre générations d’instruments constitue un travail scientifique à part entière, puisque des capteurs successifs ne mesurent pas identiquement. Et l’article consacré aux constellations a montré que cette exigence de continuité reste propre aux grands programmes institutionnels, un opérateur commercial ne pouvant s’engager sur des décennies.L’exigence de qualité qui en découle
Ce domaine impose aux données un niveau supérieur à celui des autres usages.Cette exigence mérite d’être détaillée car elle constitue une référence méthodologique pour l’observation de la Terre.L’agence européenne énumère les propriétés attendues de ses produits : données maillées à une résolution exploitable, corrigées de biais entre satellites multiples, validées par des observations in situ, avec une caractérisation d’incertitude par pixel, une documentation complète et un contrôle de version.Cette liste mérite l’attention car elle décrit un standard qui est rarement atteint ailleurs. Cinq exigences s’y lisent : la correction inter-capteurs, la validation par mesure terrain, l’incertitude quantifiée, la documentation et le versionnement.La même source précise que ces enregistrements sont robustes, avec des niveaux élevés de traçabilité et de cohérence documentées, incluant les estimations quantitatives d’incertitude requises par les communautés de la science et de la modélisation climatiques.Une observation s’impose. Ce niveau d’exigence correspond exactement à celui que les clusters consacrés au médical ont montré exigible dans un dossier réglementaire. Le domaine climatique l’applique depuis longtemps, ce qui en fait une référence méthodologique transposable.La détection des gaz à effet de serre
Ce domaine illustre le niveau de précision atteint par l’observation de la Terre.L’agence européenne indique que les satellites sont employés pour détecter le plus petit changement de concentration atmosphérique, et que en détectant précisément ces petits changements, jusqu’à une partie par million pour le dioxyde de carbone, les observations satellitaires aident la communauté scientifique à améliorer les modèles climatiques globaux.Une partie par million sur une concentration atmosphérique constitue une exigence métrologique considérable. La même source indique que la concentration de dioxyde de carbone atteignait 416,7 parties par million à la fin de 2022 et que les concentrations de méthane sont désormais environ 150 % au dessus des niveaux préindustriels.Une observation méthodologique s’impose ici. Cette précision suppose une combinaison de sources, l’agence indiquant que ses produits résultent de la fusion de jeux de données provenant de plusieurs missions atmosphériques.Cette fusion multi-missions constitue un travail technique lourd et elle constitue le cœur de la valeur ajoutée de ces programmes, davantage que l’acquisition elle-même.De la détection à l’action
Un cas documenté illustre le passage de la mesure à l’intervention.Un portail de référence sur les missions de gaz à effet de serre rapporte qu’un satellite a observé un panache de méthane au dessus d’une localité britannique, provenant d’une fuite de canalisation près d’un site d’enfouissement ; des chercheurs d’un centre national d’observation de la Terre et d’une université ont repéré l’émission ; la constellation a été reprogrammée pour cinq mesures supplémentaires, qui ont observé des débits d’émission de méthane compris entre 200 et 1 400 kilogrammes par heure ; ces observations ont été validées par des mesures in situ puis transmises au responsable, qui a rapidement traité la fuite.La même source précise qu’il s’agissait de la première fois qu’une émission de méthane était détectée depuis l’espace et corrigée dans ce pays.Ce cas documenté illustre quatre éléments d’une chaîne complète. La détection initiale, opportuniste. La reprogrammation de la constellation, capacité que l’article consacré au NewSpace a décrite. La validation par mesure terrain, exigence méthodologique constante du domaine. Et l’attribution à un responsable identifiable, qui transforme une observation en action.Ce quatrième élément est celui qui manque le plus souvent, et il conditionne l’utilité opérationnelle d’une détection.La comparaison entre déclarations et observations
Cet usage mérite d’être signalé avec les précautions qui s’imposent.Les inventaires d’émissions nationaux reposent traditionnellement sur des méthodes déclaratives, fondées sur des facteurs d’émission appliqués à des activités recensées. L’observation satellitaire fournit une mesure indépendante.Une publication institutionnelle relève que ces travaux ont mis en évidence des incohérences entre les déclarations nationales d’émissions et les observations, et que seuls les grands pays fortement émetteurs peuvent actuellement être évalués, un échantillonnage satellitaire plus dense étant attendu dans les années à venir.Trois précautions méthodologiques accompagnent cette lecture. Un écart entre déclaration et observation peut relever d’une méthode de calcul, d’une incertitude de mesure ou d’une émission non recensée, et l’attribution demande une analyse. La couverture est inégale, ce qui interdit une comparaison globale. Et l’incertitude des mesures satellitaires doit être prise en compte au même titre que celle des inventaires.Cette prudence méthodologique est celle du domaine climatique lui-même, et elle vaut d’être reprise plutôt que simplifiée.Ce que ces usages demandent en annotation
Les mesures climatiques ne relèvent pas toutes du même régime.Cette distinction détermine où se situe précisément le besoin d’annotation.Les mesures physiques directes, atmosphériques et radiométriques notamment, reposent sur des algorithmes d’inversion fondés sur la physique du rayonnement. Elles ne demandent pas d’annotation au sens habituel, mais une validation par mesure terrain.Les mesures d’état de surface reposent en revanche sur une interprétation, et elles constituent le gisement de besoin. Quatre exemples le montrent.L’occupation du sol et son évolution supposent une nomenclature définie et des exemples annotés, avec les difficultés de convention que l’article d’ouverture a signalées.L’estimation de biomasse suppose des placettes de référence mesurées au sol pour calibrer les estimations satellitaires.Les inventaires de glaciers supposent une délimitation par un expert, la limite entre glace, neige et roche n’étant pas toujours évidente.Et la détection de déforestation suppose de distinguer une coupe forestière d’une perturbation naturelle, distinction qui demande un jugement.Ces quatre exemples ont un point commun déterminant. La référence n’est pas dans l’image, elle vient d’ailleurs, ce qui ramène au goulot que l’article d’ouverture a posé.Les difficultés propres au climatique
Cinq distinguent ce domaine des autres usages de l’observation de la Terre.L’exigence de continuité, déjà évoquée, qui interdit les ruptures de méthode et impose de retraiter l’archive lorsqu’un algorithme évolue.L’exigence d’incertitude quantifiée, rare ailleurs, qui suppose de caractériser l’erreur plutôt que de l’ignorer.La lenteur des phénomènes, qui rend la validation difficile puisqu’une tendance ne se vérifie pas sur une saison.La couverture globale requise, qui impose une représentativité géographique que l’article d’ouverture a signalée comme rarement atteinte.Et la sensibilité de l’usage, ces mesures alimentant des dispositifs de suivi institutionnels, ce qui impose une rigueur documentaire supérieure.Ces cinq difficultés expliquent que les corpus climatiques comptent parmi les mieux documentés du domaine, et qu’ils constituent une référence méthodologique pour les autres usages.Les marchés du carbone et la vérification
Cet usage en développement crée un besoin de mesure indépendante.Les mécanismes de compensation carbone reposent sur des projets revendiquant une séquestration ou une réduction d’émissions, et leur crédibilité dépend de la vérification de ces revendications.L’observation de la Terre y apporte trois contributions. La mesure de biomasse, permettant d’estimer le stock de carbone d’une surface boisée. Le suivi de l’évolution, permettant de vérifier qu’une forêt annoncée comme préservée l’est effectivement. Et la vérification d’additionnalité, permettant de comparer la trajectoire d’un projet à celle de zones comparables non concernées.Une publication institutionnelle signale qu’un projet européen développe des approches fondées sur l’observation de la Terre pour permettre aux acteurs forestiers de répondre aux exigences des marchés carbone réglementaires et volontaires.Trois réserves importantes accompagnent cet usage. L’estimation de biomasse depuis l’espace comporte une incertitude importante, ce qui limite la précision des revendications. La vérification suppose des placettes de référence mesurées au sol, qui constituent précisément le travail coûteux. Et la question de l’additionnalité relève d’un raisonnement contrefactuel que la mesure seule ne tranche pas.Ces trois réserves expliquent que ce marché soit exigeant en méthodologie et qu’il constitue un débouché réel pour un travail de données rigoureux.Ce que cela signifie pour un fournisseur de données
Quatre conséquences pratiques en découlent.La première est que les exigences documentaires du domaine climatique dépassent nettement celles des usages commerciaux ordinaires. Un prestataire capable de fournir provenance, composition, protocole et incertitude répond à un standard que peu atteignent.La deuxième est que la validation par mesure terrain reste constitutive de ce domaine. Un corpus climatique sans référence indépendante n’a pas de valeur, ce qui déplace la prestation vers l’articulation entre données satellitaires et relevés de terrain.La troisième est que la représentativité géographique conditionne l’acceptabilité d’un produit. Un corpus concentré sur quelques régions ne permet pas une revendication globale, contrainte que ce domaine explicite là où d’autres la passent sous silence.Une quatrième conséquence mérite également d’être signalée. Les acteurs de ce domaine sont majoritairement institutionnels ou académiques, ce qui implique des cycles de décision longs, des procédures formalisées et des budgets encadrés, mais aussi des relations durables une fois établies.L’adaptation, usage moins visible de l’observation de la Terre
Cette famille concerne les conséquences plutôt que les causes.Là où la mesure des gaz à effet de serre relève du suivi des émissions, l’observation de la Terre sert aussi à documenter les effets et à préparer l’adaptation.Quatre usages s’y rattachent. Le suivi du trait de côte et de l’érosion, qui conditionne l’aménagement littoral. La cartographie des zones inondables et des événements de crue, qui alimente la prévention. Le suivi des îlots de chaleur urbains par imagerie thermique, qui oriente les politiques d’urbanisme. Et le suivi de la ressource en eau, neige et humidité des sols, qui conditionne la gestion agricole et hydraulique.Ces usages diffèrent des précédents sur trois points. Ils opèrent à une échelle locale plutôt que globale, ce qui change les exigences de résolution. Ils intéressent des collectivités et des gestionnaires plutôt que des instances scientifiques, ce qui raccourcit les cycles de décision. Et leur validation repose sur des observations locales disponibles, ce qui rend la vérité terrain plus accessible.Cette troisième différence est notable pour un prestataire. Un projet d’adaptation locale dispose souvent de données de terrain existantes, cadastre, relevés de service technique ou observations de gestionnaires, ce qui abaisse sensiblement le coût de constitution d’un corpus par rapport à un projet global.Les erreurs de lecture fréquentes
- Traiter une mesure climatique comme une détection ordinaire sans incertitude associée.
- Comparer des séries issues d’instruments différents sans correction de biais.
- Interpréter un écart entre déclaration et observation sans examiner les deux incertitudes.
- Négliger la validation par mesure terrain dans un produit climatique.
- Revendiquer une portée globale à partir d’un corpus géographiquement concentré.
- Confondre une variation saisonnière et une tendance de long terme.
- Modifier un algorithme sans retraiter l’archive correspondante.
- Employer une source commerciale sans garantie de continuité pour une série climatique.
- Confondre les mesures physiques directes et les interprétations d’image.
- Sous-estimer le travail de fusion multi-missions dans un produit atmosphérique.
- Revendiquer une précision de biomasse incompatible avec une transaction carbone.
- Lancer un projet climatique sans accès à des relevés de terrain indépendants.
