Les bienfaits de la Station spatiale internationale pour l'humanité

Utilisation de la station spatiale afin d'appuyer des études pertinentes pour la compréhension des changements climatiques

Pour un grand nombre d'astronautes, l'expérience la plus mémorable de leur vol dans l'espace est de voir le fragile globe bleu de la Terre sous la station spatiale. Avec l'éclairage changeant et les saisons qui se succèdent, on ne se lasse jamais de cette vue dynamique. Des tempêtes de poussière qui balaient le sud-ouest des États-Unis, des systèmes dépressionnaires causant des précipitations dans le nord de l'Europe, un typhon qui frappe le Japon et des nuages nocturnes lumineux dans les hautes latitudes – tous ces phénomènes peuvent facilement être observés à partir du laboratoire orbital. Des instruments scientifiques installés à bord d'une flotte internationale de satellites examinent, mesurent et analysent couramment l'environnement de la Terre, fournissant ainsi des données essentielles pour comprendre les changements à long terme du climat terrestre. Pour complémenter le travail accompli par les satellites d'observation de la Terre, l'Agence spatiale européenne (ESA) a diffusé un avis d'offre de participation pour de nouvelles expériences à mener à bord de la station pour réaliser des études portant sur les changements climatiques.

Différents processus naturels modifient à court et à long terme l'atmosphère, les océans et les surfaces terrestres. Au cours des 150 dernières années, les activités humaines ont marqué profondément de nombreux aspects de l'environnement terrestre, y compris la concentration des gaz à effet de serre, la modification du cycle de l'azote et du phosphore, et d'importants changements dans l'utilisation des sols (par exemple la déforestation). Il est essentiel que nous comprenions l'interaction entre les changements d'origine humaine et les changements naturels pour prédire les transformations que subira l'environnement de la Terre dans le futur. Cette information facilitera également le développement durable en ce qui a trait aux activités humaines, tout en minimisant la dégradation de l'environnement et en limitant la vulnérabilité de la société aux changements climatiques.

L'ESA, de même que d'autres organismes internationaux, exploite actuellement un certain nombre de satellites d'observation de la Terre qui transportent des instruments spéciaux permettant d'atteindre des objectifs de mission précis. Ils sont surtout financés par le programme Planète vivante de l'ESA, le programme de surveillance mondiale pour l'environnement et la sécurité GMES (pour Global Monitoring for Environment and Security) – mené conjointement avec l'Union européenne) et l'initiative sur le changement climatique de l'ESA.

L'assemblage de la station spatiale est terminé et les équipages de six astronautes y mènent couramment un grand nombre d'activités de recherche internationales. Historiquement, les travaux de recherche européens ont surtout porté sur les sciences de la vie et les sciences physiques, en tirant profit de la microgravité et de l'exposition à l'environnement spatial qu'offre la station. Cependant, il est clair que la station pourrait être utilisée comme plateforme multiutilisateur pour des études sur l'astrophysique, les sciences solaires, la physique fondamentale et les sciences de la Terre, ainsi que des études contribuant à notre compréhension des changements climatiques.

station spatiale internationale

La station vole avec la même altitude stable par rapport à la surface de la Terre (la verticale locale et l'horizontale locale, approximativement) pendant qu'elle tourne autour de la Terre. De nombreux endroits sur la station servent à installer des instruments d'observation de la Terre, y compris des points à l'extérieur et à l'intérieur, à l'aide de différents hublots. (Source : NASA)

Afin d'évaluer le niveau d'intérêt dans les milieux de la recherche européens et internationaux pour le déploiement d'instruments de télédétection à bord de la station spatiale en vue d'études sur les changements climatiques mondiaux, un appel d'offres a été lancé, en octobre 2009, par la Direction des vols habités de l'ESA (maintenant appelée Direction des vols spatiaux habités et des opérations), avec le concours de la Direction des programmes d'observation de la Terre. Au total, 45 idées ont été reçues, dont bon nombre proposaient des concepts prometteurs. Cela a confirmé le grand intérêt pour l'utilisation de l'ISS pour réaliser des études sur les changements climatiques. Plusieurs domaines thématiques intéressants ont été cernés. Les propositions reçues à la suite de l'appel d'offres seront révisées par des scientifiques. Plusieurs expériences candidates seront sélectionnées en vue d'un examen plus approfondi et développées pour leur installation sur la station. Les renseignements sont disponibles au :

http://www.esa.int/SPECIALS/HSF_Research/SEMPM17TLPG_0.html

La station spatiale permet d'envoyer des instruments dans l'espace sans avoir à créer une plateforme satellitaire propre à chacun. L'inclinaison de l'orbite (51,6°) et l'altitude (350–400 kilomètres [220-250 miles]) de la station diffèrent de celles de la plupart des satellites d'observation de la Terre. Les instruments peuvent être installés à bien des endroits différents à l'extérieur de la station, y compris sur les poutrelles et les plateformes dédiées aux expériences sur les modules européens (Columbus), japonais (Kibo) et russes de la station. Il y a quatre points d'ancrage pour les charges utiles sur la plateforme de charge utile extérieure (CEPF pour Columbus External Payload Facility) à l'extrémité du module européen Columbus. Ces points d'ancrage permettent de faire des observations au nadir, au zénith et sur les côtés (limbe). Plusieurs instruments dédiés à l'étude des sciences de la Terre et des changements climatiques sont en cours de développement ou sont déjà installés à bord de la station. Le hublot avec vue sur le zénith de la CEPF est occupé par l'instrument SOLAR(Sun Monitoring on the External Payload Facility of Columbus) de l'ESA, qui mesure l'éclairement énergétique du Soleil – un paramètre important pour l'étude du climat. L'ASIM (pour Atmosphere Space Interactions Monitor) de l'ESA,un appareil de surveillance des interactions entre l'atmosphère et l'espace qui étudiera les événements optiques à haute énergie et les événements liés aux rayons gamma associés aux orages, sera déployé dans le module Columbus en 2015. Sur la plateforme externe du module japonais Kibo, le l'imbosondeur submillimétrique supraconducteur SMILES (pour Superconducting Submillimeter-Wave Limb Sounder) de la JAXA mesure des gaz à l'état de traces dans la stratosphère, y compris des produits chimiques qui interagissent avec la couche d'ozone de la Terre. À l'extérieur du module Kibo, on trouve également l'imageur HICO (pour Hyperspectral Imager for Coastal Ocean) de la NASA, un spectromètre imageur permettant d'étudier les eaux côtières.

nuages nocturnes lumineux

Des nuages nocturnes lumineux sont observés depuis la station spatiale, éclairés par l'arrière après le coucher du Soleil. Contrairement aux nuages ordinaires qui se trouvent dans la basse atmosphère (troposphère) jusqu'à une altitude maximale de 1015 kilomètres (631 miles), les nuages nocturnes lumineux sont formés de particules de glace et ils se forment à une altitude d'environ 80 kilomètres (50 miles), dans une région de l'atmosphère appelée la mésosphère. Généralement, ces nuages se forment seulement l'été dans les hautes latitudes. La mésosphère est très sèche et, pour se former, les nuages nocturnes lumineux de glace exigent des conditions très particulières qui ne sont pas encore bien comprises. Par conséquent, l'observation des nuages nocturnes lumineux peut donner des indices sur les processus qui se manifestent dans la mésosphère.

On peut également installer des instruments à l'intérieur de la station de façon à profiter des hublots de grande qualité. Le laboratoire Destiny de la NASA est doté du hublot d'observation WORF (www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/WORF.html), un hublot orienté vers le nadir, tandis que la coupole compte sept hublots distincts donnant une vue vers le nadir et les limbes de la Terre. Actuellement, les membres d'équipage saisissent des images d'observation de la Terre à l'aide de caméras numériques portatives dans le cadre de l'expérience d'observation de la terre par l'équipage de la Station spatiale internationale CEO (pour Crew Earth Observations) (http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/CEO.html). Des instruments de laboratoire ou des instruments spatioportés pourraient être créés et envoyés dans l'espace à l'intérieur d'une période de temps relativement courte. L'utilisation d'instruments à l'intérieur de la station offre un milieu de travail « en tenue décontractée », ainsi que la possibilité d'une interaction directe entre les membres de l'équipage et l'expérience (par exemple ils peuvent changer la configuration ou les filtres).

coupole de l'ISS

La coupole de l'ISS donne une vue panoramique pour l'observation de la Terre (Source : NASA)

Ci-dessus : une image de la région du delta du Nil et de l'est de la Méditerranée prise de nuit, à travers les hublots de la coupole, par un astronaute à bord de la station spatiale à l'aide d'une caméra numérique à images fixes. Cette image simple donne beaucoup d'information intéressante sur l'utilisation des terres – l'éclairage artificiel indique la distribution et la densité de la population dans cette région aride. Les villes et les villages sont étroitement associés à la disponibilité d'eau douce, nécessaire pour l'agriculture et la consommation humaine, le long du Nil et de son delta (la partie centrale de l'image). La ville du Caire se trouve au point particulièrement brillant au début du delta du Nil, au centre de l'image, alors que le port d'Alexandrie est visible sur les côtes de la Méditerranée, sur le bord ouest du delta. Juste au sud du Caire, on peut voir un petit groupe de villes et de villages du côté ouest du Nil. C'est l'Oasis de Fayoum, un bassin dont les champs sont irrigués grâ ce à un canal qui s'étend vers l'ouest à partir du Nil. Ailleurs dans cette région, les villes sont regroupées près des côtes et seuls quelques endroits habités sont visibles dans le désert, souvent là où il y a une oasis. Cette image montre aussi des phénomènes naturels. La lumière réfléchie par la Lune illumine la scène, révélant les nuages et la surface terrestre. Il y a peu de nuages au-dessus du désert aride, mais il y en a beaucoup plus au-dessus de la Méditerranée et des côtes nord de cette dernière. Le long du limbe de la Terre, on peut distinguer une faible ligne verte. C'est la lumière du ciel, une fluorescence naturelle de molécules d'air à environ 85 kilomètres (53 miles). C'est tout près de l'altitude où l'on reconnaît officiellement que commence l'espace, à 100 kilomètres (62 miles), donc la couche de lumière du ciel illustre graphiquement les limites supérieures raisonnables de l'atmosphère terrestre. (Source : NASA)

Jason Hatton
Divison de la science et des applications (HSO-AS), Département du support aux astronautes et de l'utilisation de l'ISS, Direction des vols spatiaux habités et des opérations, Agence spatiale européenne – Centre européen de technologie spatiale (ESTEC) Noordwijk, Pays-Bas