E. L'INITIATIVE GMES
GMES, pour « Global monitoring for Environment and Security », est une tentative de réponse aux défis environnementaux. Lancé à Baveno en 1998, cette initiative européenne est conçue pour coordonner les outils spatiaux pour la surveillance et l'étude de l'environnement afin de comprendre le changement planétaire, la pression environnementale et les catastrophes naturelles, et de réduire leurs conséquences désastreuses.
L'activité humaine a un impact significatif sur le climat, l'environnement et les ressources naturelles. L'homme est un facteur considérable d'érosion, bien avant le vent, la pluie et les fleuves. Il affecte le cycle du carbone et, par conséquent, le climat. Il exploite la plupart des nappes phréatiques qui existent à travers les continents. Notre civilisation est de plus en plus vulnérable aux risques naturels car elle dépend de plus en plus de technologies sophistiquées et d'infrastructures coûteuses et parce que les populations se concentrent dans des zones urbaines souvent situées le long des fleuves, de failles sismiques ou de régions côtières.
Confrontés aux effets du changement planétaire, des gaz à effet de serre, des modifications de la couche d'ozone, des fluctuations du niveau de la mer, nous avons une obligation morale envers les générations futures. La question n'est plus de savoir si la quantité de carbone doublera dans l'atmosphère mais à quelle vitesse et si nous serons préparés à faire face aux conséquences. Le changement planétaire est aujourd'hui le sujet de plusieurs accords et traités internationaux, comme le protocole de Kyoto. Une compréhension correcte des processus impliqués est nécessaire pour aider la prise de décision publique et soutenir les négociations internationales. Des outils précis, planétaires et indépendants sont également requis pour vérifier le respect des traités par leurs signataires.
En ce qui concerne les catastrophes naturelles, les défis sont autant humains qu'économiques. Nous ne pouvons plus tolérer les catastrophes naturelles qui tuent autant de personnes, en particulier les tremblements de terre : 25.000 morts en Turquie en 1999, 6.000 à Kobe, Japon, en 1995. Les inondations peuvent sembler moins mortelles, mais elles entraînent leur lot de dévastation dans les pays développés et dans les pays en voie de développement. Elles deviennent aussi plus fréquentes. D'un point de vue économique, une étude récente réalisée par une société de réassurance a révélé que les catastrophes naturelles ont coûté plus de 100 milliards d'euros rien que pour l'année 1999.
Face à des environnements qui se détériorent et au manque croissant de ressources, à la déforestation, à la sécheresse, à la pollution de l'eau et du sol, en d'autres termes face à ce que l'on appelle aujourd'hui le stress environnemental, les défis relèvent de la santé publique et de la sécurité civile. Le concept de stress environnemental doit être compris tant en termes de pression de l'homme sur son environnement qu'en termes de réaction de l'environnement sur l'homme. La détérioration des ressources et de l'environnement entraîne de nouvelles pathologies et affections. C'est également une source d'instabilité et de conflit. La sécurité des populations, l'approvisionnement en denrées alimentaires, la qualité de l'eau et la santé sont des questions qui relèvent de ce que l'on appelle aujourd'hui la sécurité environnementale.
Le principal constat est que, en dépit de quelques certitudes établies concernant l'évolution de l'environnement et les causes des catastrophes naturelles, de nombreuses incertitudes subsistent. Pour réduire ces incertitudes, il faut mettre en oeuvre un important effort de recherche basé sur un système global de collecte de données et des modèles performants.
Plusieurs observatoires spatiaux capables de remplir un certain nombre des objectifs de GMES sont déjà opérationnels. Nous pouvons citer les satellites METEOSAT exploités par EUMETSAT, ERS-2 de l'ESA ou les systèmes français comme SPOT, TOPEX, POLDER, ARGOS et VEGETATION. D'autres vont l'être prochainement : ENVISAT, JASON, SMOS, CRYOSAT, PICASSO, MSG, METOP, DEMETER et PLEIADES pour ne mentionner que les programmes européens. Dans le domaine des télécommunications, les satellites français STENTOR et ARTEMIS de l'ESA pourront contribuer également aux phases de démonstration de GMES dans le contrôle des opérations dans les situations de catastrophe naturelle. A court terme, ces observatoires spatiaux doivent être coordonnés avec des observations au sol. Il faut souligner l'importance des données in situ et leur complémentarité avec les données spatiales. En effet, nous ne savons pas, à ce jour, tout mesurer depuis l'espace. De nombreux paramètres vitaux doivent être mesurés dans l'atmosphère, au sol, dans le sous-sol ou dans les océans, en particulier les données chimiques et biologiques. Cette collecte des données in-situ est, dans une large mesure, déjà menée dans le cadre des observatoires et des centres de recherches existants. Ces informations sont une contribution nécessaire au système d'observation GMES.
La politique spatiale de la France doit soutenir de tels efforts de coordination des observatoires terrestres et spatiaux existants, qu'ils soient opérationnels ou scientifiques, au niveau européen, en impliquant aussi les centres de recherche. Dans un sens, cette coordination existe déjà pour les prévisions météorologiques. Il est très avancé pour l'océanographie, à la suite des travaux réalisés sur les données TOPEX et grâce aux projets MERCATOR et GODAE. La priorité aujourd'hui sera de l'étendre aux questions relatives au domaine continental, à la biosphère et à la chimie de l'atmosphère. De même, De la même manière de nombreux systèmes spatiaux d'observation de l'environnement sont exploités ou Par conséquent, la première priorité n'est pas de créer de nouveaux centres de recherche ou de nouveaux systèmes spatiaux, mais de coordonner les observatoires terrestres et spatiaux existants.
Une surveillance planétaire, continue et durable de l'environnement terrestre est clairement l'objectif ultime du système GMES.
La transformation appropriée des données brutes ainsi recueillies en informations utiles pour les citoyens et les gouvernements, objectif ultime de GMES, requiert un effort accru de recherche et de développement. En particulier, les données brutes de télédétection sont généralement peu utiles pour un utilisateur recherchant des informations sur l'air, le sol, l'eau ou la végétation. Pour être utiles, les données doivent être traduites en informations. Ce processus de « traduction » repose sur l'établissement de fonctions de transfert entre les observations et les besoins des utilisateurs. Dans de nombreux cas, ces fonctions de transfert sont inconnues.
Combler ce manque est important. Ce n'est qu'en comprenant totalement les processus impliqués que nous serons en mesure d'identifier des indicateurs de changements environnementaux et donc de construire des modèles capables de prévoir les catastrophes soudaines, la lente détérioration des ressources ou les changements de l'environnement au niveau planétaire. Cet effort rendra possible à terme le développement de services basés sur l'observation de la terre. L'exemple de la météorologie est instructif. Les services météorologiques, qu'ils soient publics ou privés, se sont développés avec l'évolution des connaissances relatives à la dynamique des processus atmosphériques. Ils ont progressé davantage encore récemment avec la compréhension du couplage entre l'océan et l'atmosphère. A ce propos, on peut également constater qu'ils dépendent largement de réseaux d'observatoires à la fois spatiaux et in situ.
De nombreux centres de recherche en Europe travaillent sur la compréhension des processus physiques impliqués et sur les outils mathématiques, numériques et informatiques nécessaires pour la modélisation de ces systèmes, en particulier les phénomènes de couplage non linéaire qui font la spécificité et la complexité des systèmes naturels.
La complexité des processus de fonctionnement des écosystèmes continentaux et l'hétérogénéité des couverts impose une stratégie d'observation privilégiant l'intégration des échelles et des différents paramètres observés. Celle-ci repose sur la combinaison de l'imagerie spatiale à haute et moyenne résolution, de l'imagerie aéroportée et des mesures sur le terrain.
L'effort spatial français dans ce domaine s'appuie sur la continuité et l'évolution du programme Spot. L'imagerie HRV est notamment utilisée dans le cadre de campagnes d'observation intensives (Hapex, Boreas, Salsa) ou pour des réseaux de mesures plus extensives.
SPOT-4, mis en orbite le 21 mars 1998, marque une évolution décisive avec l'adjonction d'un canal moyen infrarouge à l'imageur HRV (devenu HRVIR), et surtout grâce au système Vegetation, cofinancé par l'Union Européenne, la France, la Belgique, la Suède et l'Italie et destiné à l'observation permanente globale et répétitive de la biosphère continentale. A bord de Spot, Vegetation apportera en effet un progrès décisif par rapport à AVHRR, notamment grâce à sa capacité de couverture globale répétitive à moyenne résolution (1 km) et avec une qualité géométrique inégalée, à des corrections atmosphériques améliorées (bandes bleue et infrarouge moyen) et à la capacité d'observation simultanée à moyenne et haute résolution que permet son utilisation conjointe avec l'instrument HRVIR.
La composante sol opérationnelle est constituée du centre de programmation (Toulouse, France), de la station de réception des images (Kiruna, Suède), du centre de traitement d'images (MOL, Belgique) et de la cellule Qualité Image (Toulouse, France). Les données et produits Vegetation sont fournis de manière opérationnelle aux utilisateurs depuis le 1 er mars 1999.
Un programme préparatoire à l'utilisation des données Vegetation a été mis en place. Trente-trois projets pilotes ont été sélectionnés. Le séminaire Vegetation 2000 a permis la présentation des premiers résultats du programme Vegetation, mettant notamment en évidence l'utilisation des données Vegetation pour l'estimation des paramètres optiques des surfaces terrestres à l'échelle globale, et leur utilisation pour estimer le cycle du carbone et les productions végétales. Les équipes françaises contribuent également à un projet d'intercomparaison des produits dérivés des différents capteurs optiques à grand champ de vue, incluant notamment Vegetation, Meris (ENVISAT) et METEOSAT SG.
1. Développer les services publics environnementaux
GMES aborde plusieurs politiques de l'Union européenne : la politique en matière d'agriculture et de pêche, la politique environnementale, la politique de transport, la politique de sécurité, la politique de développement ainsi que la négociation et le suivi des accords internationaux. Les différentes communautés d'utilisateurs représentées au symposium de Lille ont fait part de leurs besoins d'informations, que ce soit en amont de leurs actions comme outils d'aide à la prise de décision ou en aval comme outils d'évaluation de l'efficacité et de l'opportunité de ces actions. Cependant, ces communautés ne semblent pas mesurer ce que GMES et les techniques spatiales peuvent leur apporter.
Cette attitude est similaire à celle qui a prévalu dans les débuts du téléphone portable ou lors des premières applications du GPS. En moins de dix ans, le téléphone mobile est passé du statut de jouet élégant à celui d'outil indispensable. Le GPS quant à lui, après avoir fait ses débuts dans les laboratoires scientifiques et les voitures de course, s'est étendu aux services planétaires de guidage de véhicules et à la gestion de flottes de conteneurs.
Les observations environnementales doivent faire l'objet d'un effort renforcé de « marketing » pour démontrer leur pertinence pour les besoins des utilisateurs et pour pénétrer le secteur des services . Au stade actuel, ces services concerneront essentiellement la demande du domaine public. Toutefois, sur la base de l'exemple de la météorologie, qui a été cité à plusieurs reprises au cours du symposium de Lille comme bon modèle de fonctionnement, nous pensons que, sur la base de services publics bien établis, des services privés se développeront ultérieurement.
Pour encourager cet effort de « marketing », il faut identifier les facteurs limitant la diffusion et l'utilisation des techniques d'observation de la terre et proposer des solutions. Les délibérations du symposium de Lille ont souligné trois principaux facteurs limitants dans l'utilisation étendue de systèmes spatiaux d'observation de la terre : le « manque de connaissances », la complexité et l'hétérogénéité des données et les difficultés pratiques d'accès aux données.
2. Favoriser l'accès aux systèmes et aux données spatiales
L'hétérogénéité et la complexité des données disponibles sont dues essentiellement au grand nombre de détecteurs différents en existence et à l'hétérogénéité des niveaux de traitement auxquels ces données sont disponibles pour les utilisateurs. Il manque un maillon en Europe dans la chaîne d'informations entre les produits livrés par les agences spatiales et les utilisateurs, qu'ils soient scientifiques, institutionnels ou du secteur privé. Le traitement des données s'arrête souvent en amont de ce qui est nécessaire pour les utilisateurs. Par exemple, ESA s'arrête au niveau 2 dans les plans de traitement pour MERIS, un instrument sur ENVISAT. Dans le cas d'imagerie à champ large comme POLDER ou VEGETATION, des images géocodées sont disponibles alors que les utilisateurs ont besoin de paramètres bio/géophysiques qui peuvent être insérés directement dans leurs modèles. En outre, il est difficile de faire correspondre ces indices d'images/de végétation avec ceux des autres détecteurs.
Sans être insurmontables, les difficultés de ces traitements sont réelles et surviennent principalement en raison de deux facteurs : la quantité des données à manipuler et la physique des mesures, faisant cependant l'objet de recherches et pour laquelle les sources d'incertitude ne sont pas encore maîtrisées.
Dans ce contexte, il est nécessaire de créer des structures qui mettront en place tout ou partie du chaînon manquant, c'est-à-dire qui fourniront aux utilisateurs les produits dont ils ont besoin pour leurs applications . L'agence européenne EUMETSAT délègue le calcul des produits nécessaires pour les modèles météorologiques aux agences météorologiques nationales par l'intermédiaire de Satellite Application Facilities , avec un succès respectable. La météorologie peut être prise encore comme modèle pour construire les centres de traitement GMES. Ces structures doivent avoir un caractère européen et doivent être coordonnées au sein du NOE. Cela garantira la complémentarité des produits et services fournis. Ces centres essaieront de satisfaire la demande des utilisateurs scientifiques et institutionnels. Des initiatives de ce type existent actuellement en Belgique, en Allemagne et en Italie. Le CNES en France travaille sur une initiative de ce type sur le thème spécifique du contrôle planétaire des surfaces terrestres en utilisant des détecteurs à champ large.
Le dernier facteur de blocage est la difficulté d'accès aux données spatiales par les utilisateurs. Cela provient à la fois d'un problème technique et d'un problème économique. Le problème technique, dû à la taille des dossiers concernés, notamment pour les images, devrait être en partie résolu par le développement de réseaux à haut débit qui seront installés dans les années à venir. Ce problème nécessitera également des développements technologiques consacrés au codage, au cryptage et à la transmission accélérée de ces données.
Le problème économique est plus difficile. Actuellement, l'expérience montre que dans le secteur commercial utilisant des détecteurs à distance, le coût global des données spatiales représente plus de 50% du service rendu, laissant très peu de place pour la valeur ajoutée par les experts (et pour la marge financière !). Ce coût global est réparti entre le coût de traitement, qui pourrait être considérablement réduit par l'action des centres de traitement mentionnés ci-dessus, et le prix d'achat des données. En effet, les données provenant de l'observation de la terre pouvant contribuer efficacement à la réalisation des objectifs du GMES peuvent également avoir une valeur commerciale.
Il est important de créer des mécanismes de compensation pour que les parties intéressées du secteur public du GMES puissent obtenir les données spatiales dont elles ont besoin aussi gratuitement que possible. Un exemple en est l'initiative prise récemment par le CNES pour distribuer gratuitement les données SPOT pour un usage scientifique. Des programmes de financement durables restent à mettre en oeuvre. C'est l'un des principaux éléments du projet GMES.