La Terre vue de l'espace  : comment la photo satellite se démocratise pour devenir un enjeu majeur


Notamment portées par la démocratisation d’outils géomatiques comme Google Earth ou les GPS de nos smartphones, les images satellites de notre planète deviennent omniprésentes. Entre l’engouement du grand public et les besoins du monde professionnel, la fourniture des images satellites en haute résolution prend de l’ampleur.

Un domaine en pleine expansion

Parmi les spécialistes du domaine, citons par exemple Capella Space, Maxar Technologies, Spire Global ou encore Planet Labs. Cette dernière société se distingue de ses concurrentes par sa flotte de près de 200 satellites en orbite et sa constellation SkySat. Grâce à eux, Planet Labs peut obtenir très rapidement des images en haute résolution de notre planète ; un argument qui fait mouche sur un segment aussi concurrentiel.Souvent impressionnantes, les images satellites n’existent pas que pour nous émerveiller. Pour célébrer l’évènement. Pour mieux découvrir l’envers du décor, nous avons pu échanger avec Louis Rousmaniere, chef produit pour les satellites haute résolution chez Planet Labs.Surveillance du parc national d’Iguazú, dans le sud du Brésil. La route 277 qui traverse l’État du Paraná sert de frontière entre le parc et les fermes de canne à sucre.

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Qui commande des images satellites ?

Mais avant de parler image ou satellite, abordons la question de l’usage pour mieux comprendre pourquoi les lancements se multiplient. Si les besoins d’un spécialiste de la cartographie comme Google peuvent paraitre évidents, ce ne sont pas les seuls qui nécessitent un accès à l’imagerie satellite. Le secteur privé fait partie des principaux clients.En 2021, les revenus de Planet Labs étaient répartis en cinq grands blocs. Bien que la cartographie n’arrive qu’en quatrième position, elle nécessite tout de même une catégorie à elle seule pour être comptabilisée, montrant ainsi son importance dans le secteur  :

  • 24 % pour le domaine civil en général
  • 23 % pour l’agriculture, le marché principal de l’entreprise
  • 22 % pour la défense et l’intelligence
  • 17 % pour la cartographie
  • 14 % dans une dernière catégorie regroupant divers revenus

Qu’est-ce qu’une image satellite haute résolution ?, le standard n’est pas vraiment celui du dernier haut de gamme chez Sony, Canon ou Nikon. Évidemment, on ne parle pas non plus du dernier iPhone d’Apple ni de son concurrent Samsung, fut-il doté d’un capteur de 108 mégapixels.Pour résumer très grossièrement, le terme haute résolution désigne plutôt la capacité à discerner les « petits objets » présents à la surface de la Terre. Et par petits objets, on entend bien les bâtiments de nos villes, les ponts ou les véhicules. On est encore loin du visage ou de la pièce de deux euros. D’un autre côté, les satellites dotés d’un angle de champ plus important permettent d’observer de larges zones géographiques, sans pouvoir en distinguer le détail.

Pont reliant Slavutych en Ukraine à Kamaryn en Biélorussie.

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Les images montrent un pont à 4 jours d’intervalle lors de l’invasion russe en Ukraine, en février 2022. Le fleuve Dniepr sépare l’Ukraine (à gauche) de la Biélorussie (à droite).

Mais pour quels usages ?

Plus concrètement, le monde de l’agriculture, à travers des entreprises comme Farmers Edge ou BASF, utilise les données satellites pour mieux surveiller les cultures et optimiser les rendements. Les questions environnementales liées à la déforestation, aux évolutions du littoral ou à des catastrophes naturelles sont aussi au cœur des usages de l’imagerie satellite. Dans un autre registre, les images satellites ont ainsi pu servir à renseigner sur les dégâts des infrastructures pour mieux orienter les services d’urgences lors de la catastrophe de Beyrouth en 2020, pour ne donner qu’un exemple.Les satellites jouent également un rôle sur le suivi d’évènements géopolitiques, comme l’a mis en lumière la guerre en Ukraine dès le début 2022. Un suivi des flux de population est aussi possible pour renforcer la sécurité aux frontières ou pour le développement de l’aide humanitaire. Par exemple, l’ONG Human Rights Watch utilise des images satellites pour suivre la crise des réfugiés Rohingya, nous indique Planet Labs.

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L’incontournable SpaceX

Les satellites d’observation de la Terre sont ainsi les yeux technologiques qui permettent d’obtenir des informations pour nous offrir un regard sur notre planète et son activité à partir d’un point de vue particulier. À l’origine, depuis 2013, les satellites de Planet Labs étaient mis en orbite depuis la ville de Yasny en Russie à l’aide du lanceur ukrainien Dniepr. Par la suite, c’est le prestataire SpaceX, fondée par Elon Musk, qui a permis de développer la constellation. Le lanceur partiellement réutilisable Falcon 9 a ainsi été utilisé pour envoyer les tout derniers modèles de satellites.La flotte Skystat de Planet Labs constituée de 21 satellites permet d’obtenir les fameuses images en haute résolution. Ces satellites ont été conçus en utilisant le concept des CubeSat comme base de réflexion. Pensée à la fin des années 90, cette idée avait pour but de concevoir un satellite avec des moyens rudimentaires, comme des produits informatiques standards de façon à réduire les coûts.Le décollage à pleine puissance d’une fusée Falcon 9 de SpaceX depuis la base américaine Vandenberg. Le lanceur emporte 10 satellites de communication Iridium.

De l’image satellite low cost

De cette façon, des étudiants ou des amateurs éclairés pourraient, eux aussi, avoir accès à l’orbite terrestre. Dans une certaine mesure en tout cas. Des satellites miniatures et cubiques de 10 cm de côté pour un peu plus de 2 kg sont ainsi nés de ces recherches, les fameux CubeSat. En comparaison, un satellite d’observation de la Terre comme l’ERS-2 qui est arrivé en fin de vie à peu près à la même époque en 2000 pesait 2157 kg pour des dimensions de 12 x 2,5 m. Ce satellite conventionnel était positionné en orbite à 785 km.

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Très vite, l’idée de lancer des satellites sur ce nouveau modèle pour en réaliser une exploitation commerciale s’est développée. Et pour cause, un satellite conventionnel coûte entre 50 et 500 millions de dollars, alors que l’on parle d’un montant compris entre 1 et 5 millions de dollars pour un satellite équivalent à ceux de la constellation de Skysat  ! Finalement, c’est bien l’idée d’une sorte de satellite low cost qui vient de naitre. C’est d’ailleurs comme cela que s’est construite la société Planet Labs avec ses premiers satellites de la constellation Doves. Aujourd’hui, la société compte plus de 450 satellites lancés à ce jour et 600 employés répartis à travers le monde.

Afficher l’EXIFMarqueNIKON CORPORATIONModèleNIKON D3SVitesse1/640 s, ouverture : f/9.0Sensibilité200 ISOFocale, décalage expo350/10 mm, 0/6 ILLancement de deux satellites Dove depuis la Station Spatiale Internationale. une image d’une qualité assez rare d’un objet en mouvement./ Johnson Space Center / NASA

Des évolutions, mais toujours des « petits » satellites

Plus évolués que ceux de la constellation Dove. Ces satellites restent dans la catégorie des petits gabarits en prenant la forme d’un parallélépipède mesurant environ 95 cm de haut pour 120 kg chez les dernières générations, soit la taille d’un petit réfrigérateur. Chaque face du satellite est recouverte de panneaux solaires pour lui apporter l’énergie nécessaire à son fonctionnement. Les suivants sont passés d’une orbite de 500 km à 450 km, afin d’obtenir des images de meilleure qualité. Les satellites plus récents, lancés à partir de 2020, peuvent être positionnés en orbite jusqu’à seulement 400 km.

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La fauchée, un élément cléLes vols des satellites dédiés à l’image haute résolution se situent en orbite basse, entre 300 et 2000 km d’altitude. Pour se satelliser, ils doivent atteindre la première vitesse cosmique à environ 28 500 km/h, soit 7,9 km/s. Avec une trajectoire circulaire autour de la Terre, le satellite effectue un tour complet de notre planète en seulement 90 min.Le satellite observe alors une zone à la surface de la Terre en fonction de sa trajectoire, la fauchée. Suivant les cas, elle peut mesurer de quelques kilomètres à plusieurs centaines de kilomètres. La constellation SkySat permet de capturer des images avec une fauchée de 5 à 8 km au nadir, soit à la verticale par rapport au sol terrestre. La largeur maximale capturable est de 200 km.Trois satellites SkySat montés sur leur support avant d’être intégrés dans la coiffe d’un lanceur comme le Minotaur-C ou le Falcon 9.

Un équipement conventionnel pour réduire les coûts

Pour enregistrer l’image, un télescope de 35 cm de diamètre de type Cassegrain est embarqué. par exemple. Il dispose d’une focale de 3,6 m. Trois capteurs CMOS de 5,5 mégapixels sont utilisés pour capturer les images.5 µm.Grâce aux capteurs. Pour y arriver, la surface des capteurs est divisée en deux. La partie supérieure s’occupe des images dans le spectre de 450 à 900 nm. Sur la moitié inférieure, 4 bandes autorisent une captation dans les bleus (450-515 nm), les verts (515-595 nm), les rouges (605-695 nm) et l’infrarouge proche (740-900 nm).

Proche infrarouge

Spectre visible

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Les images obtenues grâce aux bandes spectrales invisibles à l’œil nu peuvent se montrer très utiles dans certains cas. La végétation et l’eau réfléchissent et absorbent les ondes différemment, augmentant ainsi le contraste, pour une meilleure surveillance des zones. une rivière dans le district autonome de Chukotka en Russie.

Des données brutes à exploiter

Comme nous l’expliquions notamment dans notre article dédié aux nouvelles images capturées par le télescope spatial James Webb ou celles capturées par Hubble, les données enregistrées contiennent beaucoup d’informations inexploitables par le grand public ou par une bonne partie des clients de Planet Labs.

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L’avion accidentellement capturé a créé un décalage entre les images qui n’a pas pu être correctement corrigé.

Une connexion à 450 Mb/s

Les satellites peuvent acquérir des images par zones. de jour comme de nuit. Les images sont compressées en JPEG 2000, tandis que les vidéos capturées à 30 i/s sont compressées en MP4 avec une définition FHD. La durée maximale d’enregistrement atteint alors 90 secondes.L’ensemble des données collectées est inscrit sur un espace de stockage embarqué de 768 Go. La data peut logiquement être transférée sur Terre, à une vitesse pouvant atteindre 56 Mo/s. De quoi faire rêver tous ceux qui n’ont pas encore d’accès internet en fibre optique.Jusqu’à 400 km² d’images par jourLes satellites utilisent une trajectoire prédéfinie. Avec une orbite héliosynchrone, le passage en une zone précise se fait toujours à la même heure locale. Près des trois quarts de la constellation SkySat utilisent ce type d’orbite.Par extension, la capacité d’un satellite ou d’une constellation à observer est limitée à une zone donnée. En fonction de l’altitude et de la vitesse de rotation en orbite, les satellites sont capables d’agrandir successivement la zone à examiner ou de la capturer plusieurs fois. On parle alors du nombre de revisites par jour pour quantifier cela. Plus le nombre de revisites est important, plus il est possible d’obtenir des images rapidement après commande.La constellation SkySat permet 12 revisites par jour au maximum. Sur la moyenne mondiale, la capacité se situe entre 6 à 7 revisites par jour. Pour un seul satellite, le nombre de revisites se place plutôt entre 4 et 5, pour une altitude de l’orbite à 500 km. Associée à la fauchée, la constellation a ainsi une capacité de capture totale de 400 km² par jour.Capturée le 23 août 2022, cette image montre des incendies dans les bois près de la centrale nucléaire de Zaporijia, en Ukraine.

La réactivité, une composante critique

Si les données brutes peuvent être accessibles à la demande pour répondre à certains besoins spécifiques d’une agence gouvernementale, ce sont bien les données traitées qui sont généralement utiles, et qui alourdissent ainsi le délai entre leur enregistrement et la livraison finale. Ce délai, justement, est un des aspects critiques du secteur. La demande est de plus en plus forte pour une disponibilité la plus rapide possible du matériau capturé, particulièrement s’il est retravaillé.

Outre une gamme spectrale et une résolution plus importante, les technologies intégrées dans notre nouvelle génération de satellites vont nous permettre d’organiser, collecter et délivrer des images en quelques minutes plutôt qu’en quelques heures.Louis Rousmaniere, chef produit pour les satellites haute résolution chez Planet Labs

Louis Rousmaniere, chef produit pour les satellites haute résolution chez Planet Labs, nous l’indique sans détour : « les différentes évolutions apportées aux constellations vont permettre de réduire le temps d’acquisition. l’organisation, la collecte et la livraison des images pourront se compter en minutes ».Une image de synthèse montrant un satellite Pelican en orbite.

Une nouvelle génération de satellites arrive

Pour y arriver, la constellation SkySat va être progressivement renouvelée par les nouveaux satellites Pelican plus modernes. Le premier lancement est annoncé pour 2023, avec une mise en service des 32 satellites prévue pour 2025. La résolution spatiale devrait atteindre 30 cm (contre 50 à 80 cm actuellement), en partie grâce à une orbite à 365 km. c’est aussi le nombre de revisites porté à 30 par jour qui devrait permettre de gagner en réactivité.L’objectif est affirmé clairement  : recevoir les images d’un évènement terrestre quelques minutes après la commande de façon à répondre aux enjeux de l’accès à l’information, de l’écologie, du climat, de la géopolitique, de la défense, de l’aide humanitaire, mais aussi, et de façon peut-être un peu plus anecdotique, pour notre fascination devant des images souvent très impressionnantes.

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