Les bienfaits de la Station spatiale internationale pour l'humanité

L'observation de la Terre à partir de la station spatiale – on a dépassé le stade des caméras portatives

Depuis que la Station spatiale internationale est devenue opérationnelle en novembre 2000, les astronautes à bord ont utilisé des caméras numériques et des appareils à pellicule pour prendre plus de 600 000 images de la surface terrestre, des océans et des phénomènes atmosphériques de la Terre, et même des images de la Lune depuis l'espace, dans le cadre de l'expérience d'observation de la Terre par les équipages de la Station spatiale internationale (Crew Earth Observations). Malgré cette grande quantité d'images et une capacité bien établie de télédétection de la Terre, de nombreux scientifiques spécialisés en télédétection n'ont pas, jusqu'ici, considéré la station spatiale comme une plateforme d'observation de la Terre. Cette perception est en train de changer grâce à l'installation sur l'ISS de nouveaux appareils et de systèmes de capteurs sophistiqués au cours des deux dernières années – des instruments additionnels sont à venir.

Qu'offre donc la station spatiale dans le domaine de la télédétection de la Terre que ne peuvent pas offrir les systèmes de satellites robotiques en vol libre?

Des images aux conditions d'éclairage différentes

Contrairement à un grand nombre de plateformes traditionnelles d'observation de la Terre, la station tourne autour de la Terre selon une orbite équatoriale inclinée qui n'est pas héliosynchrone. Cela signifie que la station survole des endroits sur Terre compris entre 52 degrés de latitude nord et 52 degrés de latitude sud à différents moments de la journée, avec des conditions d'illumination différentes. Les satellites munis de capteurs d'observation de la Terre sont généralement placés sur des orbites polaires et héliosynchrones, comme Landsat7 ou Terra – des orbites conçues pour que le satellite survole le même endroit de la surface terrestre au même moment à tous les jours. Ces plateformes satellitaires peuvent revisiter un même endroit toutes les deux semaines, environ. Il est très utile de recueillir des images présentant les mêmes conditions d'éclairage pour produire des données uniformes sur un endroit particulier, mais cela nous force à recueillir des données à une heure précise (autour du midi solaire, dans la plupart des cas). Si un scientifique s'intéresse à un processus qui se produit généralement tôt le matin ou en fin d'après-midi (par exemple pour étudier les bancs de brouillard côtier), il est difficile de recueillir les données à l'aide de satellites en orbite polaire et héliosynchrone.

Une collecte de données flexible

Un autre avantage unique qu'offre la station spatiale est la présence des membres d'équipage qui peuvent réagir au déroulement des événements en temps réel, plutôt que d'exiger le téléversement d'un nouveau programme de collecte de données à partir du centre de contrôle au sol. Cela est particulièrement important pour la saisie d'images d'événements naturels inattendus, comme une éruption volcanique, un tremblement de terre ou un tsunami. L'équipage peut aussi déterminer si la visibilité – couverture nuageuse ou illumination – permet de recueillir des données utiles, contrairement à un capteur robotique qui recueille les données automatiquement sans se préoccuper de la qualité de ces dernières.

En plus des caméras numériques portatives utilisées par les astronautes, le matériel et les systèmes automatisés de captation d'images à bord de la station spatiale – placés à l'intérieur et à l'extérieur de cette dernière – offrent de nouvelles capacités fascinantes pour la télédétection de la Terre. Par ailleurs, l'infrastructure d'alimentation électrique et de traitement des données de la station favorise le développement de nouveaux capteurs. Les systèmes énumérés ci-dessous sont gérés par la NASA à des fins d'observation de la Terre. Ceux-ci sont déjà ou seront bientôt opérationnels à bord de l'ISS (ou leur transfert à la station est déjà prévu).

  • Le hublot d'observation du laboratoire Destiny (WORF pour Window Observational Research Facility ) offre une plateforme de montage interne très stable pour maintenir en place des caméras et des capteurs, ainsi que des connexions d'alimentation, de contrôle, de transfert des données et de refroidissement. Grâce au hublot WORF, on utilise pour la première fois à leur plein potentiel les éléments optiques de haute qualité de la fenêtre de visionnement au nadir – qui permet de regarder « vers le bas » pour observer la Terre – du laboratoire américain Destiny.

  • La caméra agricole de la Station spatiale internationale (ISSAC pour International Space Station Agricultural Camera) a été créée par des étudiants et des enseignants de l'Université du Dakota du Nord. Elle sert surtout à recueillir des données multispectrales pour appuyer les activités agricoles et les travaux de recherche connexes dans le Haut-Midwest des États-Unis. De plus, on peut utiliser la caméra ISSAC pour capter des images de catastrophes et de dangers naturels afin d'appuyer les efforts humanitaires de la NASA. L'ISSAC recueille de l'information dans les domaines du visible et du proche infrarouge (3 bandes) avec une résolution nominale au sol de 20 mètres par pixel.

  • L'imageur HICO (pour Hyperspectral Imager for the Coastal Oceans), un spectromètre imageur conçu pour étudier les zones côtières des océans, est installé à l'extérieur du module japonais Kibo. La mission principale de l'imageur HICO est de recueillir des données sur la limpidité de l'eau, les matériaux composant le fond marin, la bathymétrie et la végétation sur le rivage le long des côtes des océans de la Terre, avec une résolution au sol d'environ 90 mètres par pixel. Le capteur saisit de l'information de haute qualité dans 87 bandes dans les domaines du visible et du proche infrarouge.

  • Le système SERVIR de recherche environnementale et de visualisation de la Station spatiale internationale (ISERV pour International Space Station Environmental Research and Visualization System) est un capteur en cours de création composé d'un télescope Schmidt-Cassegrain et d'une caméra numérique permettant de saisir des images dans le domaine du visible avec une résolution au sol inférieure à 3 mètres par pixel. Le système sera installé dans le hublot WORF et il offrira une grande stabilité et une capacité de ciblage excellente. Le capteur s'inscrit dans le cadre du programme SERVIR pour appuyer les missions humanitaires en utilisant les données recueillies dans le domaine des sciences de la Terre pour aider les pays en développement à atténuer les catastrophes, à y réagir et à fournir de l'aide humanitaire.

Actuellement, différentes équipes scientifiques gèrent l'accès aux données recueillies par les différents systèmes, mais on prévoit créer une installation centrale d'accès aux données. Les capacités combinées des capteurs automatisés et actionnés par l'humain à bord de la station spatiale devraient améliorer considérablement notre capacité à surveiller la Terre et à réagir aux catastrophes et aux dangers naturels. L'intégration des systèmes d'observation de la Terre de l'ISS représente un important ajout au « système de systèmes » satellitaire international d'observation de la Terre qui nous donne une connaissance plus approfondie de l'environnement global que nous partageons.

première photo saisie par la caméra ISSAC

La première photo saisie par la caméra ISSAC : Charlotte Harbor (FL), image saisie le 10 juin 2011, superposée à une image de base de Landsat 5. L'image d'ISSAC a été traitée pour faire ressortir la végétation en rouge, les zones urbaines en gris et la surface de l'eau en noir. Les nuages s'affichent en blanc étincelant. (http://www.umac.org/sensors/issac/index.html)

Monterey Bay (CA.)

Image en couleurs réelles de Monterey Bay (CA.) prise par l'imageur HICO le 27 mars 2010. (http://hico.coas.oregonstate.edu/gallery/gallery-scenes.shtml)

William L. Stefanov Jacobs/Applications scienfiques, recherche et développement/ Direction de la recherche sur les astromatériaux et de l'exploration spatiale Centre spatial Johnson