FLEX et Sentinel-3C auscultent une planète qui change

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Un décollage nocturne, deux satellites livrés à une heure d'intervalle

Le compte à rebours s'est arrêté à 03 h 21, heure d'Europe centrale, soit 22 h 21 la veille à Kourou et 01 h 21 en temps universel. La fusée a quitté son pas de tir au-dessus de l'océan Atlantique et a filé vers le nord, sur une trajectoire qui survole l'eau plutôt que les terres habitées.

Ce vol porte un nom de code, VV30. C'est le huitième tir de Vega-C, la version modernisée du lanceur léger européen, et le deuxième que la société italienne Avio opère elle-même. Signe que la mission sort de l'ordinaire, l'ESA parle d'un premier lancement double pour cette fusée.

Pourquoi double ? Parce que les deux satellites sont partis ensemble, empilés dans la coiffe, le nez de la fusée qui les protège pendant la traversée de l'atmosphère. Sentinel-3C était placé tout en haut. FLEX était installé plus bas, dans un adaptateur appelé Vespa, une structure intermédiaire qui lui sert à la fois de support et de logement. Cette disposition impose l'ordre du largage. Sentinel-3C a été libéré en premier, à 04 h 21. Puis Vespa s'est ouvert pour laisser partir FLEX, à 05 h 17, une heure plus tard. Du décollage à la séparation du dernier satellite, le vol a duré 116 minutes.

Le premier signal n'est pas un détail administratif. Tant qu'un satellite n'a pas parlé à une antenne au sol, personne ne sait s'il a survécu aux secousses du décollage et à l'ouverture brutale de la coiffe. Cette nuit, les deux ont répondu. Les équipes sont maintenant entrées dans la phase de mise en service, plusieurs jours à vérifier chaque système avant d'allumer réellement les instruments scientifiques.

FLEX, ou la lueur invisible qui trahit une plante qui souffre

Voilà l'expérience la plus étrange de ce lancement. Prenez une feuille verte éclairée par le Soleil. Elle réfléchit de la lumière, c'est ce qui la rend visible. Mais elle en émet aussi une autre, une lueur infime qui n'a rien à voir avec de la réflexion.

L'explication tient en une phrase. La chlorophylle, la molécule qui donne leur couleur aux plantes et capte la lumière, n'utilise pas toute l'énergie qu'elle absorbe. Une petite fraction ressort sous forme de lumière rouge et proche infrarouge. Ce trop-plein porte un nom, la fluorescence, et son intensité est directement liée à celle de la photosynthèse, le mécanisme qui transforme la lumière et le dioxyde de carbone en matière végétale.

Une image simple : c'est une fuite d'énergie. Une plante en bonne santé dirige l'essentiel de la lumière captée vers la photosynthèse, et la fuite reste faible. Une plante soumise à la sécheresse, à un manque de nutriments ou à un parasite redistribue autrement cette énergie, et sa lueur change.

Attention à ne pas imaginer un sapin de Noël. Cette fluorescence est invisible à l'œil humain et elle suppose la lumière du jour. Une feuille dans le noir ne brille pas, contrairement à une luciole, qui produit sa propre lumière.

FLEX est le premier satellite conçu pour traquer ce signal depuis l'orbite. Son instrument principal, le spectromètre imageur de fluorescence FLORIS, a été construit par l'italien Leonardo. Il sépare la lumière reçue selon ses longueurs d'onde, comme un prisme étale un arc-en-ciel, puis va chercher dans cette décomposition les deux pics caractéristiques de la fluorescence végétale, autour de 685 et 740 nanomètres. Deux nuances de rouge que l'œil ne distingue même pas.

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Le résultat prendra la forme de cartes mondiales, découpées en cases de 300 mètres sur 300 mètres. À cette résolution, on ne voit pas les feuilles, mais on distingue les parcelles agricoles, les forêts et les prairies, et surtout leur évolution dans le temps.

Un détail mérite d'être gardé en tête, parce qu'il sépare la réalité des raccourcis. Quand une plante souffre, sa fluorescence ne baisse pas toujours. Selon le stade du stress, elle peut monter ou descendre. La fluorescence seule ne dit donc pas « cette plante va mal ». Elle dit « quelque chose a changé, et voici quand ». C'est en la croisant avec d'autres mesures qu'on comprend ce qui se passe.

Sentinel-3C, la relève d'une série qui dure depuis dix ans

Le second passager vient d'une autre école. Sentinel-3A et Sentinel-3B, lancés en 2016 et 2018, fournissent déjà des mesures quotidiennes des océans, des terres, des glaces et de l'atmosphère. Sentinel-3C est le troisième de la série, et son rôle est d'abord de garantir que cette série ne s'interrompe pas.

Cette continuité compte plus qu'elle n'en a l'air. Un satellite isolé produit des images. Une série de satellites identiques, étalée sur des décennies, produit des tendances. C'est la différence entre prendre la température une fois et savoir si la fièvre monte.

Le tableau de bord de Sentinel-3 est vaste, et quatre instruments se partagent le travail. Le plus emblématique mesure la température de surface des océans et des terres, avec une précision meilleure que 0,3 kelvin. Un kelvin est l'unité de température des physiciens, graduée comme le degré Celsius mais à partir du zéro absolu. L'écart toléré est si fin qu'un tel instrument sert de référence pour surveiller le réchauffement. Un autre instrument dissèque la couleur de l'eau et de la végétation dans 21 bandes de lumière. Un troisième, un radar altimètre, mesure la hauteur de la mer, des lacs et des fleuves en calculant le temps que met un écho radar à revenir du sol.

Les chiffres qui sortent de ces mesures alimentent les rapports du GIEC et 55 variables climatiques essentielles définies par le Système mondial d'observation du climat, la référence internationale pour savoir quoi mesurer. Le niveau moyen des mers, par exemple, monte de 3,64 mm par an depuis 1999, un rythme qui s'accélère. Sentinel-3 sait aussi repérer des fuites de méthane d'au moins 10 tonnes par heure, un gaz à effet de serre puissant, et surveiller les feux de forêt, les canicules, les glaces arctiques ou les panaches de fumée qui traversent les frontières.

Ce lancement ne se contente pas de prolonger la série. Il la consolide pour les années à venir, avec un satellite neuf au moment où ses deux aînés vieillissent. La mission est ensuite pilotée conjointement par l'ESA et Eumetsat, l'organisation européenne pour l'exploitation des satellites météorologiques, pour le compte de la Commission européenne.

Pourquoi ces deux engins forment un duo pensé pour comprendre le climat

Voici le point le plus intéressant de la mission, et il justifie que les deux satellites soient partis sur la même fusée.

FLEX ne volera pas seul. Il va circuler quelques minutes derrière un satellite Sentinel-3, en formation serrée, ce qu'on appelle voler en tandem. Une même région se retrouve donc observée presque au même instant par deux instruments différents. FLEX mesure la lueur des plantes. Son compagnon renseigne l'atmosphère au-dessus d'elles, la couverture nuageuse, les aérosols et la vapeur d'eau, ainsi que la température de surface et le type de végétation.

Le croisement des deux jeux de données retire l'ambiguïté. La fluorescence seule dit qu'il se passe quelque chose. Accompagnée du contexte atmosphérique, elle dit où, quand et probablement pourquoi. L'ESA résume l'enjeu d'une formule : une vue sans précédent sur le fonctionnement de la végétation mondiale.

Pourquoi viser une orbite héliosynchrone, vers 820 km ? Parce que ces satellites passent au-dessus de chaque région à la même heure solaire, à chaque passage. Les images prises à dix ans d'intervalle restent donc comparables, comme des photos prises toujours sous le même éclairage. C'est la clé de toute surveillance environnementale longue durée, et la raison pour laquelle la majorité des satellites d'observation de la Terre y sont postés.

Ce que cette mission apporte, en une phrase, c'est la capacité de suivre la santé de la végétation planétaire presque en direct. La photosynthèse relie le carbone de l'atmosphère, le cycle de l'eau et la production alimentaire. Savoir où des forêts ou des cultures décrochent avant qu'elles ne jaunissent ouvre la porte à des modèles climatiques plus justes, à une agriculture plus économe en eau et en engrais, et à un suivi de la biodiversité qui ne dépend plus de visites à pied.

L'ESA rappelle que FLEX relève de son programme FutureEO, la famille de missions exploratoires qui teste des idées inédites. Il en est le huitième volet. Depuis le premier satellite de cette famille, la logique n'a pas changé : inventer un instrument capable de voir ce que personne ne mesurait, puis l'installer au-dessus de nos têtes.

Pour aller plus loin

• Explorer la planète vue de l'orbite avec nos outils : l'état de la Terre en direct et la carte de la pollution lumineuse.
• Les définitions utiles pour suivre cette mission : l'atmosphère, l'orbite terrestre et l'ESA.
• Deux autres vigies à comparer : la Station spatiale internationale, qui observe la Terre depuis 400 km d'altitude, et Gaia, dont les catalogues d'étoiles servent aussi au positionnement de précision.
• La vidéo du lancement : ESA sur YouTube.
• Les sources de cet article : communiqué de lancement de l'ESA, page mission FLEX, page mission Sentinel-3, dossier Sentinel-3 et climat, communiqué d'Avio et communiqué de Thales Alenia Space.
• Vos plus belles images de la Terre et du ciel : partagez-les dans notre galerie d'astrophotographies.