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Copernicus : le programme européen de surveillance de la Terre pour l’environnement et la sécurité

Grâce à Copernicus, les ressources satellitaires peuvent être accessibles gratuitement et en quelques heures ou quelques jours selon les modalités d’opérations. Les satellites Sentinel sont à la base de bien des analyses et produits d’information. Petit rappel des principes du programme et présentation des principaux modes de diffusion.

Descriptif

C’est en 2001 que l’Union Européenne décide de lancer GMES (Global Monitoring for Environment and Security) : un programme destiné à fournir à l’Europe et aux États membres des informations utiles à la surveillance de l’environnement et à la sécurité, afin de nourrir les politiques publiques, en s’appuyant sur les données d’observation de la Terre, des océans et de l’atmosphère. Le programme hérite des connaissances accumulées avec la constellation de satellites américains Landsat et le satellite européen ENVISAT, tout en intégrant la véritable volonté d’aboutir à des applications opérationnelles à grande échelle, portées par le secteur privé. Rebaptisé Copernicus en 2013, et opérationnel depuis 2014, le programme est basé sur un certain nombre de principes.

Services et produits

Les grand principes de Copernicus

Des satellites dédiés. Grâce à Copernicus, l’Europe s’est dotée de ses propres satellites d’observation de la Terre, six familles de Sentinel fonctionnant par paires, afin d’assurer un suivi régulier de chaque point du globe. Opérés par l’ESA (European Spage Agency) et l’Eumetsat, ils acquièrent des données en continu et les envoient à des stations de réception terrestre en quasi-temps réel. Copernicus est donc un flux continu de données spatiales qui couvrent presque toute la surface du globe, sur les terres comme sur les océans.

Des données in situ. Le programme s’appuie également sur des observations issues de réseaux de mesure (tel que le réseau des flotteurs Argo en mer), qui permettent de calibrer, valider, compléter ou enrichir les images d’origine spatiale.

Des services opérationnels ciblés et gratuits. Afin de faciliter l’usage des données acquises, six services opérationnels de base ont été définis sur les thématiques Terre, Atmosphère, Océans, Urgences, Climat et Sécurité. Ils fournissent des informations élaborées telles que des cartographies parfois en temps quasi-réel (végétation, manteau neigeux, occupation des sols, zones affectées par des catastrophe naturelles), des prévisions et des alertes (par exemple courants océaniques, qualité de l’air en Europe, risques de crues), ou encore des indicateurs de tendances et des réanalyses du passée (sur le climat notamment). Ces informations sont construites en combinant les observations fournies par les satellites avec de la modélisation et/ou des données issues de mesures in-situ.

Un accès libre. Financé par les contribuables européens (le budget alloué au programme par la Commission européenne est d’environ 5.4 milliards d’euros entre 2021 et 2027), les données et informations produites dans le cadre de Copernicus sont diffusées en accès libre et gratuit.

Une garantie de continuité. L’Europe s’est engagée à assurer le fonctionnement du programme jusqu’en 2030, mais elle réfléchit déjà à la prochaine génération de capteurs.

Des services payants par un écosystème d’entreprises. Le rôle de Copernicus est également de favoriser le développement d’un secteur économique dynamique autour de l’exploitation des données spatiales. La politique d’accès ouvert, total et gratuit aux données et aux informations permet aux entreprises de développer des applications et des services commerciaux fondées sur les données Copernicus.

présentation de myocean
Les services thématiques gratuits proposent des outils permettant de visualiser ou de télécharger leurs principaux produits : ici, les données passées, présentes ou les prévisions produites par le service Copernicus de surveillance de l’environnement Marin. Source: Copernicus Marine Service / Mercator Ocean International.

 

Les satellites Copernicus

La première génération de satellites Sentinel de Copernicus est composée de six familles de satellites. A terme, chaque famille fonctionnera avec deux satellites en orbite.

Sentinel 1
Vue via les observation Sentinel-1 des zones inondées (en rouge) suite au passage du cyclone Idai, autour de la ville portuaire de Beira au Mozambique le 19 mars 2019.
Données Copernicus Sentinel-1, traitement ESA, 2019.

Sentinel-1 : satellites radar en bande C lancés en 2014 et 2016, permettant des acquisitions tout temps et même de nuit, avec une résolution spatiale de 9 à 40 m et une revisite de l’ordre de 6 jours à l’équateur. Le lancement d’un troisième satellite est prévu en 2023.

Sentinel-2 : satellites optiques haute résolution lancés en 2015 et 2017, dotés d’imageurs multispectraux (13 bandes spectrales) allant du visible au proche infrarouge. L’étendue de leur gamme spectrale et notamment leurs trois bandes rouge – proche infrarouge, sont très adaptées au suivi de la végétation. Même si la résolution spatiale (10 m à 60 m selon les canaux) n’est pas aussi fine que des missions telles que Pléiades, Sentinel-2 bénéficie d’une large fauchée (290 km) et chaque point du globe est dans l’œil de l’un des deux satellites tous les 5 jours, dans les mêmes conditions d’éclairement et de visée.

Sentinel-3 : satellites multi-instruments, lancés en 2016 et en 2018, munis d’imageurs multispectraux basse résolution (300 à 1 200 m) pour observer la couleur des terres et des océans, de radiomètres pour observer la température de la surface, et d’altimètres radar pour mesurer la topographie des océans (tels que le niveau moyen et la hauteur des vagues). Ils revisitent chaque point de la Terre tous les deux jours pour la couleur et tous les jours pour la température. Ils servent essentiellement à l’océanographie et à la surveillance de la végétation.

Sentinel-4 : c’est un sondeur ultraviolet et infrarouge qui sera installé sur un satellite météorologique géostationnaire (Météosat de 3e génération) pour observer la composition de l’atmosphère. Le premier lancement est prévu en 2023.

Sentinel-5 : Comme Sentinel-4, c’est un imageur ultraviolet, visible et infrarouge moyen qui sera installé sur un satellite météorologique défilant (MetOp 2e génération), dédié à la composition de l’atmosphère. Le premier lancement est prévu pour 2023. En attendant, un satellite précurseur, Sentinel-5P, a été lancé en 2017 afin d’assurer la continuité des mesures, qui étaient fournies auparavant par Envisat.

Sentinel-6 : Altimètre radar lancé en 2020, qui est dédié à l’altimétrie des mers et océans (poursuite des missions Jason). Le lancement d’un second satellite est prévu pour 2026.

Les services Copernicus peuvent également exploiter d’autres ressources satellitaires, issues de différents programmes spatiaux, institutionnels ou commerciaux dits « contributifs » (tel que Pléiades). Sous certaines conditions, les autorités publiques peuvent réutiliser les données acquises dans le cadre du programme Copernicus auprès de ces missions contributrices.

Selon le niveau de traitement, les images Sentinel-2 sont plus ou moins faciles à exploiter (ici, niveau 1C et 2A sur le portail Copernicus)

Selon le niveau de traitement, les images Sentinel-2 sont plus ou moins faciles à exploiter (ici, niveau 1C et 2A sur le portail Copernicus)
 

Domaines d'application

Les services Copernicus

Copernicus inclut six services conçus pour fournir aux utilisateurs publics et économiques des informations élaborées relatives au suivi des différents milieux environnementaux ou de certaines activités sensibles pour des seuls utilisateurs autorisés, en couvrant les différentes échelles, du global au régional, et pour certains au local. Ils sont développés dans six domaines, Terre, Atmosphère, Océans, Urgences, Climat et Sécurité:

  • Surveillance des terres : suivi régulier de paramètres relatifs à la végétation, aux eaux libres, à l’humidité et à la biomasse, cartographies d’occupation des sols
  • Surveillance de l’environnement marin : océanographie opérationnelle fournissant des analyses et des prévisions sur les paramètres physiques (courants, température, salinité, …), la glace de mer, les paramètres biogéochimiques (tels que production biologique primaire).
  • Surveillance de l’atmosphère : analyses et prévisions de la composition chimique de l’atmosphère, qualité de l’air, aérosols, gaz à effet de serre.
  • Urgences : cartographie d’aléas et de dégâts lors des catastrophes, prévision de risques de désastres (crues, feux de forêt), cartographie de risques avant crise et de récupération après crise, observatoire des sécheresses.
  • Changement climatique : informations pour le suivi et la prévision du changement climatique et de ses impacts sur certains secteurs d’activité, incluant en particulier des ré-analyses.
  • Sécurité : surveillance maritime (bateaux, pollutions), surveillance des frontières, soutien à l’action extérieure de l’Union européenne. L’accès au service sécurité est réservé à des utilisateurs autorisées.

 

Par leur profondeur radiométrique, les données Sentinel-2 sont aussi très utiles pour repérer des variations dans la vie végétative et identifier des éléments ayant une signature spectrale particulière (voir fiche Suivi des panaches turbides et des blooms phytoplanctoniques).

Les données Sentinel-1 (radar imageur) permettent de répondre à des problématiques telles que le suivi en temps quasi-réel de la déforestation tropicale, le suivi des mouvements de terrains ou des avalanches … Elles ont également l’avantage d’être exploitables même en présence de nuages.

Modalités d'accès et accompagnement

Les sites internet des six services thématiques Copernicus permettent de visualiser les produits élaborés (cartographies, prévisions, …) dans leurs thématiques respectives, puis de les télécharger. Certains services proposent également des accès par API, ou des environnements de développement en ligne. Chaque service propose également différents outils de soutiens à l’utilisateur : tutoriels, forums d’échange, helpdesk …, et organise régulièrement des ateliers et des sessions de formations.

 

Les plateformes d'accès

Les images Sentinel sont accessibles gratuitement depuis plusieurs sites :

Le Copernicus Open Access Hub permet d’accéder à l’ensemble des données Sentinel-1, -2 et -3. Un accès pré-opérationnel aux données Sentinel 5P est aussi possible. Dans l’interface, l’utilisateur définit précisément la zone, le type de données recherchées, la période temporelle. Il faut s’enregistrer pour accéder aux images (formulaire sous ce lien, explications sous ce lien) et les télécharger (via un panier). Les mêmes données sont accessibles en flux grâce à des API (API Hub). Les images Sentinel-2 sont proposées sous forme de dalles de 100 km de côté, en niveau 1C (images orthorectifiées en projection géographique – WGS84 - sans corrections atmosphériques) et 2A (réflectance au sol).

Copernicus Open Access Hub permet d’accéder aux images Sentinel-1, 2 et 3 après inscription.

Copernicus Open Access Hub permet d’accéder aux images Sentinel-1, 2 et 3 après inscription.

 

En France, une plateforme miroir PEPS (Plateforme d’exploitation des produits Sentinel) a été développée par le CNES et permet d‘accéder aux images Sentinel-1 et -2.

Pour les utilisateurs inscrits sur Theia, il est possible d’accéder directement aux images Sentinel-2 de niveau 2A et 3A. Le niveau 2A fournit une réflectance de surface corrigée des effets atmosphériques accompagnée d’un masque de nuages et de leurs ombres, il n’utilise pas la même chaîne de traitement que le Hub Copernicus. Le niveau 3A fournit des images composites (les pixels peuvent provenir d’images acquises à différentes dates, sur une période de 45 jours) sans nuages.

Cinq « Data and Information Access Services », alias Copernicus DIAS ont été lancés en 2018. Ils proposent des interfaces d’accès à l’ensemble des informations Copernicus basées sur le Cloud ainsi que des services de traitements et à valeur ajoutée. Le DIAS WEkEO, mis en œuvre par les acteurs du programme Copernicus, permet ainsi d’accéder et de traiter à la fois des données Sentinel-1, -2 et -3, mais aussi à des produits des services thématiques.

 

Des structures relais

Sept structures françaises, officiellement homologuées « Copernicus Relays  » peuvent vous aider en fournissant formation et documentation, en intervenant dans vos conférences ou en vous appuyant dans le développement d’applications thématiques.

À ces sept relais Copernicus officiels, il faut ajouter le pôle Theia, très actif autour des données Sentinel.

Les académies Copernicus relient les structures de recherche et d’enseignement au monde professionnel. Là aussi vous trouverez des ressources de formation.

En France, une quinzaine d’organismes bénéficient du label « Copernicus Academy » : AgroParisTech - Institut des Sciences et Industries du Vivant et de l'Environnement ; Bordeaux INP, Aerocampus Aquitaine ; Bordeaux Sciences Agro ; Montpellier Sup Agro ; CNRS-INSU ; École Nationale des Sciences Géographiques (ENSG) ; European Space Sciences Committee ; GIS Bretagne Télédétection ; IDGEO ; Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-SUPAERO) ; La Cité de l’espace, Toulouse ; LATMOS-IPSL ; MINES ParisTech, Centre Observation, Impacts, Energy (O.I.E.) ; The International Space University ; Université Côte d’Azur ; Université Toulouse III - Paul Sabatier ; VisioTerra

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