Les Sentinelles de la Terre

S C I E N C E S

Les sentinelles de la terre I 1

Les Sentinelles de la Terre

1er mars 2002 : le satellite Envisat est placé en orbite à 800 km de la Terre.Depuis, à raison de quatorze révolutions par jour, il observe notre planèteau service de la science et de l’environnement. Pendant plusieurs mois, leréalisateur a suivi la vie de ce satellite et celle de ceux qui utilisent sa visionde la Terre. Quatre des cinq documentaires de 26 minutes nous font décou-vrir les multiples usages de ces images venues du ciel, le cinquième nousraconte les préparatifs du lancement de Cryosat, satellite imageur destinéplus particulièrement à l’étude des pôles.

1. ENVISAT PREND LA MERFrascati, Italie. Les clichés envoyés par Envisat semblent indiquer que, loind’ici,en mer du Nord,un navire a dégazé: une longue tache sur la carte signalela présence de pétrole. Un coup de téléphone, et les équipes suédoises sonten mer. Elles vont s’assurer de la présence effective de la nappe de pétrole(un banc d’algues un peu dense peut leurrer le satellite) et, si besoin est,collecter les échantillons de pétrole qui accuseront le capitaine indélicat.En mer, les images d’Envisat ne servent pas qu’à des missions de surveil-lance. Les capteurs du satellite sont capables de déterminer la tempéra-ture des eaux à quelques millièmes de degrés près, montrant ainsi, sansaucune contestation possible, l’augmentation de la température des eauxocéaniques. Plus étonnant : le satellite peut mesurer très finement lesvariations de hauteur des eaux. Il peut mettre en évidence des mouve-

*NCoté télé-Livret Sentinelles.M 29/10/07 15:50 Page 1

ments aussi subtils que celui des ondes de Rossby, vastes oscillations traversantl’océan Atlantique, longues de quelque 500 km pour seulement 10 à 20 centimè-tres d’amplitude.

2. ENVISAT CHEZ LES GORILLESDans la forêt de Bwindi en Ouganda vivent des gorilles ; un parc national y a été créépour les protéger. Mais ils sont en danger. Leur principale menace : l’extension desterres cultivées autour du parc.Tout en empiétant sur leur espace vital, elle va jusqu’àchanger leurs habitudes alimentaires en les habituant à la consommation d’une nour-riture produite par l’homme. Pour aider les primatologues dans leur mission de pré-servation de l’écosystème, Envisat fournit des cartes détaillées des zones boiséesavec, outre les reliefs, la densité du couvert végétal. On peut ainsi veiller au bon res-pect des limites du parc par les paysans des alentours. Plus encore, elles permet-tent à Alastair Mc Neilage, primatologue du Centre de protection de la forêt tropicale,d’évaluer les déplacements des primates et de décider ainsi des futures zones d’ex-tension du parc naturel.

3. ALERTE GÉNÉRALEEn plein centre de Naples, dans la zone volcanique de la Solfatare, se dressent deuxtrièdres métalliques de plus d’un mètre de côté. S’ils servent de sièges occasionnelsaux badauds, leur fonction véritable est de renvoyer dans l’espace les signaux émispar Envisat. Les scientifiques mesurent ainsi, au centimètre près, les déformationsdu sol et estiment l’activité volcanique de cette région à haut risque. En Chine, cesont les images précises de zones inondées fournies par le satellite qui permettentaux équipes de sauvetage d’intervenir rapidement. Prévention et urgence : Envisatjoue un rôle de premier ordre dans la gestion des risques sur Terre.Inversement,on se préoccupe beaucoup,sur Terre,des menaces qui pèsent sur le satel-lite. Première d’entre elles : la collision avec un objet spatial. Plus de 10000 débris detaille significative et environ 800 satellites tournent aujourd’hui autour de la Terre.Heureusement, les risques de collision demeurent faibles : il a fallu, en cinq ans d’exis-tence, ne dérouter Envisat que deux fois pour lui éviter une collision, à coup sûr, fatale.

4. ENVISAT CHEZ LES INUITSPôles au menu de cet épisode. À l’Institut européen de recherches spatiales de Fras-cati en Italie, les scientifiques étudient les glaces grâce aux images envoyées parEnvisat. Au pôle Sud, c’est l’errance d’un iceberg géant qui les mobilise : long de120 kilomètres, ce monstre glacé dérive et se fragmente en heurtant la banquise,menaçant une base scientifique. Au pôle Nord, le danger est moins spectaculaire

2 I Les sentinelles de la terre


mais tout aussi réel : le réchauffement climatique a modifié la géographie de la ban-quise et les chasseurs inuits n’ont plus leurs repères pour aller chasser le phoque.La banquise, fragilisée, est devenue un piège permanent. Savoir ancestral et coutu-mes sont maintenant inutiles et obsolètes. Mais Envisat et ses cartes sont là pourconnaître la forme de la banquise et, plus important encore, la nature de la glace.Pas d’inquiétude avec celle qui est permanente, mais gare à celle qui gèle et dégèlechaque année…

5. COMPTE À REBOURSAprès Envisat, Cryosat. Plus spécifiquement destiné à l’étude des pôles, Cryosat estun satellite qui permettra de mesurer l’épaisseur de la calotte glacière et d’évaluerles effets du réchauffement terrestre. Nous suivons le compte à rebours avant lance-ment. On teste la résistance de l’engin à des vibrations mécaniques et à des inten-sités sonores énormes, semblables en tout point à celles qu’il endurera dans la fusée.L’entraînement sur simulateur pour le placement du satellite sur orbite est organiséavec, pour mimer l’imprévu, une équipe d’informaticiens chargée de mettre des grainsde sable (virtuels et numériques) dans la mécanique du programme de tir. Moinstechnique mais tout aussi important, il faut prévoir la liste des invités qui assisterontà la conférence de presse. Tout le monde est en effervescence jusqu’au jour J… Unjour J qui ne tiendra pas ses promesses : la fusée russe qui emporte le satellites’abîme en mer, l’engin spatial est perdu. Mais, déjà, un Cryosat nouveau modèle estdans les cartons. Lancement prévu : 2009.

Carte d’identité

DISCIPLINES, CLASSES ET PROGRAMMESSciences physiques, 5e. L'eau.Sciences physiques, 5e. La lumière : le système solaire.Sciences physiques, 4e. La lumière : couleurs et images.Physique, 2de. Exploration de l'espace.SVT, 4e. L'activité interne du globe.Français, tous niveaux. Éducation à l'image.



Découpages et structures

1. ENVISAT PREND LA MER

00h 00min 00s Générique et résumé en image du film.00h 02min 55s A l’ESRIN, Institut européen de recherches spatiales, Henri Laur,

chef de mission Envisat, présente à des Japonais le satellite Envi-sat. Description des missions d’Envisat.

00h 04min 30s Discussion entre Henri Laur et Pascal Leconte, responsable de laqualité des observations : on a détecté une nappe de pétrole prèsdes côtes de Norvège. Ils préviennent les autorités norvégiennes.

00h 06min 10s Tromso, Norvège, centre de détection de la pollution maritime.Analyse des images satellites.

00h 07min 30s ESRIN : Pascal Leconte change de bureau.00h 08min 37s Norvège. Confirmation de la présence du pétrole. Survol par avion

de la zone polluée. Photographie des bateaux, prélèvement dansla nappe de pétrole.

00h 12min 22s ESRIN. Suite du déménagement de Pascal Leconte.00h 13min 06s Norvège. Récupération du prélèvement en mer.00h 14min 37s ESRIN. Olivier Arrino, chef des projets d’application, présente son

nouveau produit : la carte journalière de la température de l’eauen Méditerranée.

00h 16min 10s Norvège.Nouvelle sortie en avion sur une nappe de pétrole. Faussealerte : ce sont des algues microscopiques.

00h 17min 33s ESRIN. Discussion entre Leconte et Laur sur l’importance de lavalidation des résultats par le laboratoire de Southampton.

00h 18min 44s À l’université de Southampton, la pratique quotidienne de la science.Comparaison entre des mesures radar d’Envisat et de celle four-nies en mer.

00h 21min 29s Explication et mise en évidence d’ondes de Rossby. Image de syn-thèse explicitant l’altimétrie radar.

00h 23min 00s ESRIN. Henri Laur sélectionne les projets scientifiques qui utilise-ront les données Envisat.

00h 24min 20s Présentation du sujet suivant. Générique de fin.

2. ENVISAT CHEZ LES GORILLES00h 00min 00s Générique et résumé en image du film.00h 02min 04s Ouganda. Dans la forêt de Bwindi, une équipe de scientifiques

recherche des gorilles des montagnes.Au Centre de protection de



la forêt tropicale, Alastair Mc Neilage, primatologue, expose l’uti-lité des cartes satellites.

00h 04min 21s Institut européen de recherches spatiales. Diego Fernandez, res-ponsable du projet Gorilles, expose la nécessité de diffuser large-ment les cartes du couvert végétal afin que les observateurs deterrain valident les données.

00h 05min 43s Images satellites de la forêt étudiée.00h 06min 48s Ouganda. Au Centre de protection de la forêt tropicale, discus-

sion autour des cartes sur les zones menacées par la défores-tation.

00h 09min 42s Face à une zone cultivée, Dennis Babaasa, primatologue, justifiele déplacement des paysans afin que la forêt, puis les gorilles seréapproprient l’espace.

00h 11min 07s ESRIN. L’analyse des cartes satellites permet de repérer un chan-gement de végétation, mais sans en reconnaître précisément lanature.

00h 12min 35s Ouganda. Dans la forêt, Dennis Babaasa explique que 23 gorillesont été chassés par la déforestation de la zone, et qu’il espèremaintenant leur retour. De retour au Centre, on reporte les obser-vations de végétation sur les cartes afin de décider des futuresextensions du parc naturel.

00h 14min 41s Ouganda. Rencontre avec les gorilles.00h 19min 43s ESRIN.Olivier Arino, chef des projets d’application,Henri Laur, chef

de mission Envisat, et Diego Fernandez discutent des nouveauxprogrammes de protection environnementale.

00h 21min 53s Ouganda. Debriefing au retour de la mission dans la forêt. L’exis-tence du parc est un succès, les gorilles s’approprient de nou-veaux territoires.


3. ALERTE GÉNÉRALE00h 00min 00s Générique et résumé en image du film.00h 02min 10s ESRIN, Institut européen de recherches spatiales.Simulation d’éva-

cuation des locaux.00h 03min 20s Henri Laur, chef de mission Envisat, prévient Frank Jürgen Diek-

mann, chef des opérations Envisat, du risque de collision du satel-lite d’observation avec un satellite débris russe.

00h 04min 52s ESOC,Centre européen d’opérations spatiales, en Allemagne.Réu-nion autour d’Andreas Rudolph, chef des opérations satellitaires,sur la conduite à tenir face au risque de collision.



00h 07min 31s Images de synthèse montrant le grand nombre de satellites, sou-vent hors d’usage, en orbite autour de la Terre.

00h 08min 34s Italie. Franck Martin Seifert, responsable du programme Surveil-lance des volcans, va à Naples rencontrer les scientifiques travail-lant sur le Vésuve et la Solfatare.

00h 12min 27s Images de synthèse. Envisat repère les écoulements de lave lorsd’une éruption.

00h 12min 50s ESRIN. Henri Laur explique qu’en cas de risque de collision, on uti-lise les moteurs ioniques du satellite pour dévier sa trajectoire.

00h 13min 35s ESRIN. Des inondations dans le sud de la Chine bouleversent leprogramme d’Envisat. L’urgence humanitaire l’emporte sur les mis-sions en cours, le satellite se met au service de l’aide internatio-nale.

00h 16min 28s Envisat est reprogrammé pour fournir des images des zones inon-dées. Les équipes de secours sur place peuvent alors intervenir.

00h 20min 02s ESOC. La probabilité de collision des deux satellites est inférieureà 1/3000. Une modification de l’orbite n’est donc pas nécessaire.

00h 21min 26s Henri Laur défend l’idée d’une constellation de satellites pour obte-nir des images plus fréquentes lors des urgences.


4. ENVISAT CHEZ LES INUITS00h 00min 00s Générique et résumé en image du film.00h 02min 13s ESRIN, Institut européen de recherches spatiales. Introduction.00h 03min 02s Pond Inlet, Canada. Conversation téléphonique entre Brian Koo-

noo, garde patrouilleur et Ola Grabak, responsable du projet PolarView à l’ESRIN sur les futures cartes de la banquise.

00h 04min 24s ESRIN. Explication d’Ola Grabak sur l’usage des cartes de la ban-quise.

00h 06min 47s Pond Inlet. Conversation téléphonique entre Brian Koonoo et OlaGrabak : les nouvelles cartes vont arriver.

00h 07min 24s Images satellites. Les données Envisat permettent de différencierglace permanente et glace saisonnière.

00h 07min 58s Pond Inlet. Arrivée des cartes satellites. Brian Koonoo diffuse l’in-formation auprès des pêcheurs inuits.

00h 11min 10s Charlie Inuaraq, chasseur inuit, se prépare à la chasse.00h 12min 08s Images satellites du pôle Sud. Un glacier dérive et menace des

stations scientifiques.00h 12min 34s ESRIN. Explications d’Henri Laur, chef de mission Envisat, sur la

dérive du glacier.



00h 13min 47s Pond Inlet. Partie de chasse au phoque. En chemin, discussionsentre chasseurs inuits sur la qualité et l’épaisseur de la glace.

00h 20min 28s ESRIN. Poursuite de l’observation du glacier errant de l’Antarcti-que.

00h 22min 19s Pond Inlet. Scènes de vie de famille au retour de la chasse. BrianKoonoo téléphone à Ola Grabak : discussion sur le futur Cryosat.


5. COMPTE À REBOURS00h 00min 00s Générique et résumé en image du film.00h 01min 54s Présentation du sujet : le lancement de Cryosat.00h 02min 43s J-70 du jour de lancement à l’ESRIN, Institut européen de recher-

ches spatiales, en Italie. Pascal Gilles, chef de la mission Cryosat,fait une interview radio et explique le principe de l’altimétrie.

00h 03min 30s Réunion autour de Guy Ratier, chef du projet Cryosat.00h 04min 28s J-60,Centre de test aérospatial.Guy Ratier s’assure du bon dérou-

lement des tests de résistance du satellite aux vibrations.00h 06min 24s J-30, ESOC, Centre européen d’opérations spatiales, en Allema-

gne. Simulation de lancement du satellite et entraînement aux dif-férents imprévus.

00h 10min 16s J-20, ESRIN. Réunion autour de Simonetta Cheli, chef de la com-munication, afin d’établir la liste des invités et la date de lance-ment du satellite.

00h 12min 30s J-10, ESRIN. Lors de l’installation du centre de presse, Pascal Gil-les détaille le fonctionnement de la fusée qui lancera Cryosat.Henri Laur, chef de mission Envisat, évoque la question de la duréede vie d’un satellite.

00h 15min 28s J-3, ESRIN. Préparatifs et conférence de presse.00h 17min 11s Jour J, à l’ESOC et à l’ESRIN. Lancement réussi du satellite… mais

satellisation ratée. L’étage supérieur du lanceur s’est abîmé en merArctique.

00h 23min 24s Journal télévisé annonçant l’échec du lancement.00h 24min 10s ESRIN, trois mois plus tard. Henri Laur justifie l’importance des

satellites d’observation.00h 25min 25s Générique et fin.



Pistes pédagogiques

COMMENT ENVISAT DÉTECTE-T-IL LES NAPPES DE PÉTROLE ? LES RADARS SATELLITAIRESSéquence pédagogique s’appuyant sur Envisat prend la mer.Physique, 2de. Exploration de l'espace, messages de la lumière.Ce premier document est l’occasion de présenter aux élèves le principe de fonction-nement du radar tout en récapitulant les connaissances sur la lumière.En restant tout d’abord dans le domaine de la lumière visible, on précisera quelssont, dans le cas d’une image satellitaire, l’émetteur (le Soleil), le récepteur (l’instru-ment imageur) et la source secondaire (la Terre soumise au rayonnement solaire) dela lumière enregistrée.On précisera alors que l’atmosphère terrestre est transparente non seulement auxlongueurs d’onde de la lumière visible, avec un petit débordement du côté des infra-rouges et des ultraviolets, mais aussi aux ondes dites radio. On les situera dans lespectre. Pour observer la Terre de l’espace, on dispose donc d’une deuxième fenêtrespectrale du côté des grandes longueurs d’ondes.Après le visionnage du film, on définira précisément le principe du radar : il émet uneonde radio dans une direction de l’espace puis écoute l’écho de cette onde réfléchiepar les obstacles qu’elle rencontre. On questionnera la classe sur les points communset les différences existants entre les détecteurs passifs d’un satellite (comme MERISsur Envisat) et un radar satellitaire (comme ASAR) : le détecteur passif analyse lalumière solaire réfléchie par la Terre, tandis que le radar émet ces ondes pour pouvoirensuite les analyser en retour. En somme, un radar est son propre soleil dans lagamme des ondes radio.On fera alors réfléchir les élèves sur les intérêts de l’imagerie radar. Pour lesimageurs traditionnels, l’observation dans la gamme des longueurs d’onde visi-bles et infrarouges est soumise aux caprices de la météo. Il n’y a plus d’image possi-ble dès lors qu’il y a une couverture nuageuse parce que les nuages ne sont pastransparents à ces longueurs d’ondes. Il a ainsi fallu plusieurs années à Spot pourobtenir une image sans nuage de Kourou, son propre site de lancement. De même,les pôles restent dans la nuit plusieurs mois par an. Aucune image n’est alorspossible. Lorsque l’été revient, les zones polaires restent faiblement éclairées enraison de leur latitude élevée. La quantité de lumière réfléchie sur les sols demeurefaible et les images sont de mauvaise qualité. Le radar, lui, se moque de toutcela : il fonctionne par tous les temps, de jour comme de nuit. Autre avantage duradar : on peut jouer sur la longueur d’onde pour obtenir une information précise :les radars à pluie par exemple émettent des ondes d’une longueur d’onde sensi-blement égale à la taille des gouttes de pluie. Comme une onde est d’autant plus



diffusée que sa longueur d’onde s’approche de la taille de l’obstacle, le radarreçoit un signal fort dès qu’il atteint une zone de pluie. On obtient une cartogra-phie précise des précipitations.Par contre, l’image radar comporte certains défauts. Elle n’est pas facilementinterprétable. C’est une image monochrome en fausses couleurs ne comportantqu’un type d’informations par pixel contrairement aux images obtenues dans levisible. De plus, sa résolution est souvent faible comparée aux images en visible.(On rappellera la formule :

r = distance d’observation

=ouverture de l’instrument

résolution longueur d’onde

Pour un radar spatial, r = 200. Pour le télescope spatial Hubble, r = 5 x106.)À partir des connaissances maintenant établies, on peut comprendre comment Envisatest capable de détecter les nappes de pétrole sur l’océan, et même de les confon-dre avec un banc d’algues. On pourra partir de l’image du naufrage du pétrolierPrestige au large des côtes de la Galice en novembre 2002 qui est disponible enhaute résolution sur le site de l’ESA : http://envisat.esa.int/asar_oil_spill/.Sur une surface essentiellement plane comme celle des océans, l’intensité de l’échoradar est surtout contrôlée par la rugosité, c’est-à-dire le microrelief causé par les peti-tes vagues, également responsable du scintillement du Soleil. Quand il analyse unesurface, le radar vise latéralement, de côté, et non sous lui. Dans ces conditions, unesurface très lisse, qui agit comme un miroir radioélectrique, renvoie l’onde radar auloin (on ne se voit dans un miroir que si l’on est face à celui-ci). Comme presquerien ne revient vers le radar, les surfaces lisses apparaissent sombres. Mais si le ventsouffle à la surface de l’eau, de petites vagues sont créées et constituent autant depetits miroirs à la surface de l’eau. La mer apparaît alors brillante sur l’image radar,et cela pour deux raisons : d’abord parce que certains de ces petits miroirs sont orien-tés face au radar, renvoyant ainsi directement l’onde électromagnétique, mais aussiparce que la longueur d’onde du radar est du même ordre de grandeur que la tailledes vaguelettes. Celles-ci se mettent alors à diffuser l’onde radar dans toutes lesdirections, comme pour les gouttes de pluie précédemment citées.Que se passe-t-il en présence d’une nappe de pétrole ? La nappe huileuse limitela formation de vaguelettes, l’eau reste lisse même sous le vent. Le radar la voitdonc plus sombre que l’eau libre qui l’entoure et qui renvoie, elle, une partie dusignal. Le pétrole devient parfaitement repérable sur une image d’ensemble dela zone maritime. Limitation : si le vent est trop fort, la couche d’huile ne suffitplus à maîtriser l’apparition des vaguelettes et la nappe de pétrole disparaît del’écran radar. De même, le radar peut se faire leurrer par une forte concentra-tion de phytoplancton qui crée une mince couche de matière organique à lasurface de l’eau, voire par un rassemblement d’algues qui limitent la formationdes vaguelettes.



LA CARTOGRAPHIE DES FONDS MARINSSéquence pédagogique s’appuyant sur Envisat prend la mer.Physique, 2de. Exploration de l'espace, de l'atome aux galaxies.Envisat est capable de déterminer le niveau des océans avec une précision de 4,5 cm.Rappeler le principe du radar altimétrique : le radar émet une onde radio « sous lui »,c’est-à-dire vers le centre de la Terre.En mesurant la durée de l’aller-retour de ce signal,il détermine la distance qui le sépare du sol. Si on connaît d’autre part la positionexacte du satellite dans l’espace, on peut en déduire la hauteur de l’eau à un instantdonné. On pourra faire calculer le temps d’aller-retour ainsi que la précision néces-saire à l’horloge pour obtenir la mesure à 4,5 cm près sur 800 km.Par une discussion de classe et à partir des informations du film, on pourra réperto-rier les différentes causes de variation de la hauteur des eaux des océans : marées,mais aussi courants marins comme El Niño, effets dus aux vents ou à la pressionatmosphérique, température de l’eau, etc.On distinguera alors les variations temporelles des variations spatiales. En effet, enchaque point des eaux du globe, le niveau de l’eau varie autour d’une valeur moyenne.La partie qui change avec le temps témoigne des phénomènes océanographiquesprécédemment cités. Mais il existe une composante fixe qui ne dépend que du lieu :ces variations dans l’espace sont les résultats des variations locales du champ gra-vitationnel.Ce sont ces variations de champ gravitationnel qui ont permis d’établir à partir de1994 (avec le satellite ERS-1) la première carte globale des fonds océaniques.Aussiincroyable que cela paraît, les variations du niveau des mers épousent celles desfonds marins. Par exemple, la présence d’un volcan sous-marin crée une augmenta-tion locale du champ gravitationnel qui va se traduire par un renflement local duniveau des eaux. Inversement, une fosse sous-marine se signalera par un creux à lasurface de l’océan. Ces collines et ces vallons liquides ont jusqu’à 3 mètres d’am-plitude en plus ou en moins par rapport à la moyenne. En passant ces mesures dansdes traitements informatiques complexes, les scientifiques ont ainsi établi une cartecomplète du relief des fonds marins.À noter que ces mesures ont permis d’enregistrer aussi une augmentation globalede la hauteur des eaux d’environ 3 cm entre 1993 et 2003, augmentation probable-ment due au réchauffement terrestre et à l’effet de serre.



ENVISAT ET LA VÉGÉTATION : L’IMAGEUR EN RAYONNEMENT VISIBLESéquence pédagogique s’appuyant sur Envisat chez les gorilles.Physique, 2de. Exploration de l'espace.Le film Envisat chez les gorilles montre les scientifiques aux prises avec leurs cartesde végétation et d’altitude. On les voit en particulier parcourir la forêt pour vérifier devisu l’adéquation entre les informations délivrées par le satellite et la réalité du ter-rain. Cela illustre bien la difficulté de l’interprétation des informations envoyées parle satellite.


Longueurs d’ondes(en micromètres)

0,4 0,5 1,00,8 0,90,6 0,7

Visible Proche infrarouge

Eau turbide

Sol clair

Sol foncé

Réflectances (%)

10

20

30

40

50

60

70

80

Sapin

Pelous e

Eau claire


Pour dessiner les cartes de végétation, les scientifiques n’utilisent pas des radarsmais des instruments de mesure passifs analysant la lumière solaire réfléchie par laTerre dans des bandes spectrales allant du visible aux proches infrarouges. Sur Envi-sat, c’est MERIS qui s’acquitte de cette tâche. Il fournit, pour chaque point d’uneimage, une série de valeurs de l’intensité lumineuse dans diverses bandes spectra-les.À partir d’une recherche sur internet, on pourra retrouver avec les élèves les princi-pales caractéristiques de MERIS : 15 bandes spectrales programmables dans le visi-ble et l’infrarouge, avec une résolution de 300 mètres au sol.On appelle réflectance d’un corps le rapport de la quantité d’énergie lumineuse émisesur la quantité d’énergie lumineuse reçue. La courbe de réflectance est la variationde ce coefficient en fonction de la longueur d’onde.À partir d’une discussion autour des courbes de réflectance de quelques corps pro-posées ci-dessus, on expliquera les rudiments de l’analyse des images :– Comment distinguer les terres submergées par une crue des zones d’eau doucenaturelle? En enregistrant l’intensité de la lumière réfléchie aux alentours d’une lon-gueur d’onde de 0,8 m. L’eau calme ne renvoie aucune lumière, tandis que l’eau agi-tée renvoie un faible signal. La première restera en noir sur une carte, la secondesera gris foncé.– En mesurant l’intensité de la lumière réfléchie aux alentours de 0,65 m, on pourradistinguer les zones de pelouse de celles couvertes de sapins : la pelouse donneraune tache totalement noire (réflectance nulle), celle avec des sapins une tache grise.On risque cependant de confondre la zone de sapins avec une étendue d’eau tur-bide (même intensité réfléchie). Comment alors faire la différence entre les deux?En comparant, par exemple, l’intensité de la lumière renvoyée à la longueur d’ondede 0,8 m.Pour le plaisir des yeux, on pourra aller faire un tour sur le site Miravi(http://www.esa.int/miravi) où est accessible un grand nombre d’images produitespar MERIS. Cependant, même si ces images donnent la sensation d’être à bord dusatellite et d’observer la Terre par un hublot, elles ne sont ni vraies ni destinées àun usage scientifique : elles ne font appel qu’à quelques bandes spectrales qui sontretravaillées de façon à correspondre à ce que l’on verrait à peu près à l’œil nu.



LE TEMPS DU TOURNAGE ET LE TEMPS DU RÉCITSéquence pédagogique d’éducation à l’image s’appuyant sur Envisat chez les Inuits.Français (éducation à l'image), tous niveaux.Ce quatrième documentaire nous permettra de mettre au jour les astuces qu’un docu-mentariste doit parfois utiliser pour faire une séquence homogène. On s’intéresseraici au temps et à sa représentation.Comme chaque film de la série, les trois premières minutes sont occupées par legénérique, puis une présentation rapide du sujet à venir (séquence « teasing » – ouaguichage – où sont montrées les images les plus spectaculaires afin de faire resterle téléspectateur devant sa télévision), enfin quelques images générales de l’ESRIN.De même, les dernières minutes servent à présenter le sujet du lendemain. On nes’intéressera donc qu’à la séquence vraiment propre au sujet du jour, c’est-à-direentre 2 min 30s et 24min16s.Le film nous parle de trois actions simultanées en trois lieux différents : la chasse auxphoques au pôle Nord, la rupture glacier B-15 au pôle Sud, et les analyses des deuxphénomènes en Italie. Seuls deux lieux sont filmés par le réalisateur, le pôle Sud res-tant uniquement représenté à travers les commentaires des scientifiques et les ima-ges satellites.Le film est construit de telle manière que l’on a la sensation que tout est simultané.À défaut d’unité de lieu, on a celui de temps. Quels sont les dispositifs qu’utilise leréalisateur pour nous faire comprendre la simultanéité de l’action ? Il y en a aumoins trois.–À plusieurs reprises, l’écran est divisé en quatre pour faire transition entre les séquen-ces. Par exemple, à 6min39s, on peut voir simultanément une représentation enimage de synthèse du satellite, une image satellite de la Terre, un bureau en Italie etune scène au pôle Nord. Par ce dispositif très simple, le réalisateur induit l’idée d’unesimultanéité temporelle entre tous ces événements. À noter cependant que l’on esttotalement dans l’ordre de la fiction : une image de synthèse ne peut pas par natureattester de la simultanéité de l’événement avec quoi que ce soit. Il serait de mêmebien étonnant que l’image satellite soit produite au même instant qu’est filmée lascène de bureau ou celle des enfants inuits jouant.– Le réalisateur enchaîne les séquences tournées au pôle Nord avec les discussionsentre chercheurs sur le pôle Sud. Ce dispositif d’alternance des séquences est unmoyen conventionnel pour signifier la simultanéité des actions.– Ola Grabak en Italie et Brian Koonoo au pôle Nord parlent ensemble au téléphone.La preuve est faite que tout se passe au même moment. Cette preuve n’est pas del’ordre du discours audiovisuel, les deux interlocuteurs sont filmés, ils se répondent.Nous avons là toute l’apparence d’une captation de la réalité. De plus, leur conversa-tion multiplie les indicateurs temporels marquant la simultanéité («nous ne devonspas avoir la même température », «quelle heure est-il chez vous?»).




Étudions maintenant ce qu’il en est réellement de la simultanéité des actions. Il suf-fit pour cela d’être attentif aux dates montrées à l’écran, parfois très brièvement, pen-dant le documentaire. Par chance, il y a des dates sur beaucoup d’images satelliteset de cartes. De plus, le réalisateur a parfois pris soin de nous les montrer volontai-rement.04min21s Ola, scientifique à l’ESRIN en Italie, choisit sur un écran une image

satellite datée du 13 juin 2005.04min57s Mais il explique les caractéristiques de la banquise sur une image

satellite datée du 12 mai 2005.10min18s Présentation aux pêcheurs inuits de l’image satellite datée du

13 juin 2005.14min58s Les pêcheurs inuits utilisent la carte datée du 13 juin 2005.20min37s Les chercheurs de l’ESRIN discutent de la dérive d’un iceberg au

pôle Sud. Ils étudient des images satellites dont la plus récenteest datée du 17 mai 2005.

23min52s Ola parle au téléphone avec Brian. Derrière lui, une image satel-lite de Pond Inlet datée du 12 juillet 2005.

Le moins que l’on puisse dire, c’est que la simultanéité des actions est plutôt miseà mal. Comment expliquer ces fluctuations de date? Peut-on les justifier ?Il faut se replacer dans les conditions matérielles d’un tournage. Pour avoir, par exem-ple, une séquence montrant Brian au pôle Nord parlant au téléphone, il faut qu’aumoins trois personnes soient venues jusqu’à lui : le réalisateur qui a en charge ledocumentaire, un cameraman et un ingénieur du son. Comme il n’est pas questionde faire venir l’équipe plusieurs fois, et cela pour des raisons financières, toutes lesséquences en Arctique ont été tournées à la même période, probablement vers le13 juin 2005.Mais celui qui est en Arctique ne peut guère être en même temps en Italie. Or on voitBrian à Pond Inlet et Ola à l’ESRIN discuter ensemble par téléphone. Comment expli-quer cela? Soit il y a une caméra de chaque côté du fil de téléphone, soit le réali-sateur a fait une mise en scène. La première solution est très rarement, sinon jamais,mise en œuvre : outre le fait que le réalisateur ne serait pas là pour un des tourna-ges, cela demanderait de payer une deuxième équipe. Par contre, il est assez facilede faire rejouer la scène par un des interlocuteurs à un autre moment. C’est de touteévidence ce qu’a fait le réalisateur avec Ola. Plusieurs indices le montrent : les datessur les images, le fait que la conversation ne soit pas parfaitement cohérente (à3min 47s, Ola répond à Brian, mais sa réponse n’est pas exactement adaptée à laquestion de Brian), et l’insistance que mettent les deux interlocuteurs à évoquer dessujets tentant à prouver la simultanéité des deux actions.Quand a eu lieu le tournage en Italie ? Vers la fin mai 2005. Cela explique sim-plement pourquoi Ola, à 4 min 57 s, parle des caractéristiques de la banquise surune carte datée de fin mai à Brian qui, lui, est filmé le 12 juin 2005. De même,


on comprend que les réflexions des scientifiques sur les mouvements du glacierB-15 s’arrêtent au 17 mai.Et les dates du 13 juin et du 12 juillet en Italie? Cela correspond très certainementà une autre période de tournage. L’ESRIN est le fil conducteur des cinq documentai-res, il y a eu, ainsi que l’affirme le commentaire au début de chacun des cinq films,plusieurs semaines de tournage dans ses murs. Rien de plus simple alors de com-pléter le documentaire par quelques images filmées a posteriori.Maintenant qu’il est établi que notre documentaire, comme d’ailleurs quasiment tousles documentaires, mélange les images prises à des temps totalement différents, onpeut s’interroger sur la légitimité de cette pratique, cette légère «mise en fiction ».– La séquence de conversation téléphonique est-elle l’image de la réalité ou est-ceun « trucage »? D’un côté, on dira que la séquence ne s’est pas « réellement » pas-sée ainsi. De l’autre, on répondra que le réalisateur n’a rien inventé et a seulementdemandé aux protagonistes de refaire devant une caméra ce qu’ils font tous les jours.Le film aurait-il pu faire l’impasse de cette séquence? N’aurait-il pas été bien ban-cal sans les images de Ola discutant au téléphone avec Brian. Aurait-on compris lesrelations entre les deux individus? On pourra au passage insister sur les temps tota-lement différents qui sont ceux du récit filmique et ceux d’un tournage. À titre d’exem-ple, une séquence de 3 minutes d’un documentaire demande au minimum une bonnejournée de tournage. L’existence de ces temps totalement différents explique cellede procédés rhétoriques capables de représenter un temps propre à l’intérieur durécit audiovisuel.–Que penser maintenant de la séquence téléphonique finale (à partir de 23min52s)?On y voit Brian téléphoner à Ola pour lui demander des nouvelles de Cryosat. Bienlui en prend : Cryosat sera le sujet du lendemain et la question permet la transitionavec le suivant documentaire.– Finalement, l’occasion est peut-être donnée de s’interroger avec les élèves sur lesfrontières ténues qui existent entre le documentaire et la fiction. Une autre séquencedu film pourra d’ailleurs étayer le débat : la discussion « inopinée » de Brian avec uneconnaissance (de 8min25s à 9min27s). On reconstituera le dispositif de tournage(où est le cadreur, l’ingénieur du son?), on étudiera la discussion afin d’en compren-dre les ressorts cachés et évaluer la spontanéité de la scène.



MÉCANIQUE SPATIALESéquence pédagogique pouvant s’adapter à tous les documentaires du DVD.Collège, cycle central.Le 5 décembre 2006, l’agence spatiale européenne publie sur son site internet uncommuniqué de presse (http://www.esa.int/esaCP/SEMGU29L6VE_France_0.html)dont voici un extrait :

« Envisat a été placé en orbite polaire à une altitude de 800 km, qui per-met à MERIS d’observer l’intégralité de la planète en trois jours. MERISmesure le rayonnement solaire réfléchi par la surface de la Terre, ce quirend la présence du Soleil nécessaire pour qu’il puisse produire une image.Comme le Soleil est bas en hiver dans les zones septentrionales, les ima-ges de la Scandinavie, par exemple, ne sont pas disponibles à cette épo-que, sauf les images d’archives. Cette situation s’inversera à partir de mars,où des images de cette région seront obtenues quotidiennement. En revan-che, l’Antarctique sera visible au cours des deux prochains mois. »

Ce texte est l’occasion de résumer les connaissances des élèves concernant le mouve-ment des planètes et des satellites.On précisera à l’aide d’un schéma la position du Soleilet de la Terre en hiver afin de justifier l’absence d’image du pôle Nord par MERIS, l’ima-geur embarqué dans Envisat. Pourquoi faut-il attendre le mois de mars pour retrouver desimages? Représentez la position de la Terre et son éclairement selon les saisons.Quelle doit être l’altitude d’un satellite géostationnaire? À l’altitude de 800 km, Envi-sat met-il plus ou moins de 24 heures pour faire le tour de la Terre? Sachant quel’orbite d’Envisat passe par les pôles, on pourra alors compléter le dessin par la tracede l’orbite.Le site Eoportal propose un module (accessible en anglais) permettant de visionnerles déplacements des satellites d’observation terrestre aujourd’hui en activité(http://www.eoportal.org/orbits/view_envisat.html). Plusieurs utilisations sont pos-sibles en classe.–Visionner le déplacement d’un satellite autour de la Terre (le pas de temps le plus

adapté est 5 minutes environ).– Visionner la trace au sol d’un satellite (onglet Satellite, case trace à cocher)–Visionner le déplacement de plusieurs satellites simultanément. En adoptant une

vision polaire, on pourra voir que les orbites des satellites d’observation de la Terrene sont pas toutes centrées sur les pôles.

–Obtenir une carte du ciel avec les trajectoires des satellites à n’importe quellesdates et heures pour quelques grandes villes dans le monde. On peut aussi retrou-ver le nom d’un satellite aperçu dans le ciel (onglet Skyview et en choisissant unlieu dans l’onglet location).

– Et inversement, calculer l’heure de passage au-dessus de nos têtes d’un des satel-lites répertoriés (onglets Skyview et View, touche Visibility Calculator).



Complément

DES PRÉCISIONS SUR ENVISATEnvisat (contraction de Environment Satellite) est un satellite de conception euro-péenne lancé le 1er mars 2002 de Kourou par Ariane 5. Il fait suite aux deux satelli-tes ERS-1 et ERS-2 lancés au siècle précédent et dont la mission était sensiblementla même : ausculter la Terre depuis l’espace dans le but de comprendre l’environne-ment terrestre.Envisat a été construit pour durer cinq ans dans l’espace. Ses deux prédécesseursERS-1 et ERS-2 ayant dépassé de manière significative leur durée de vie annoncée,les scientifiques espèrent pouvoir l’utiliser encore plusieurs années après sa datethéorique d’obsolescence.Aujourd’hui, en ce début de l’année 2007, il est d’ailleursparfaitement opérationnel.Deux principaux sites gèrent le satellite depuis la Terre. L’ESRIN, à Frascati en Italie (àune vingtaine de kilomètres de Rome), est le quartier général de l’ESA (l’Agence spa-tiale européenne) concernant les activités d’observation de la Terre. Toutes les don-nées collectées par ENVISAT transitent par ce centre.L’ESOC (European Space OperationsCentre ou Centre européen d’opérations spatiales) à Darmstadt en Allemagne a lui laresponsabilité du pilotage du satellite. Depuis sa séparation du lanceur jusqu’à safuture désorbitation finale quand il aura terminé sa vie, le satellite reste sous la sur-veillance du centre qui peut, à tout moment, procéder à une correction de trajectoire.

Les dix instruments de mesure à bord d’EnvisatASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar) est un radar à synthèse d’ouverture, c’est-à-dire qu’il utilise le mouvement du satellite pour simuler une antenne de très grandetaille et ainsi atteindre une résolution très fine (la résolution d’un radar est proportion-nelle à la taille de son antenne). Il recombine les échos radars reçus successivementpar l’antenne de dix mètres orientée dans le sens du vol : le signal s’apparente à celuiqui aurait été obtenu par une antenne de plusieurs kilomètres de long.MERIS (Medium Resolution Imaging Spectometer) prend des photos de la surfacede la Terre et des nuages dans le domaine de la lumière visible et dans quelquesbandes du spectre infrarouge.RA-2 (Radar Altimeter 2) est un radar qui mesure la hauteur du satellite à la surfacede la Terre avec une précision de 4,5 cm (sur 800 km).MWR (Microwave Radiometer) est associé à RA-2. Il mesure la quantité de vapeurd’eau dans l’atmosphère pour corriger les données fournies par RA-2.GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars) est un spectrographe quisuit du regard certaines étoiles. En réalisant leur spectre lorsque leur lumière traversel’atmosphère terrestre, il peut mesurer la densité de l’ozone terrestre entre 20 et100 km d’altitude.



MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding) observe l’at-mosphère dans l’infrarouge, traquant la signature spectrale d’une série de gaz. Il peutainsi faire une carte des polluants industriels et des gaz à effet de serre.AATSR (Advanced Along-Track Scanning Radiometer) scanne terres et océans dansle visible et l’infrarouge afin d’en mesurer la température.DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) mesurela position (à 4,5 cm près) et la vitesse (à 0,4 mm/s près) du satellite. Des réflec-teurs lasers permettent la calibration de DORIS et RA-2 à partir de la Terre.SCIAMACHY (SCanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CHartogra-phY) cartographie l’atmosphère dans le visible et l’infrarouge, permettant ainsi ladétection de nombreux gaz à l’état de trace.

Quelques chiffres– Le satellite pesait 8200 kg au lancement, dont 300 kg de carburant destinés au

contrôle orbital.–Son envergure est de 25 mètres de long (sur 10 mètres de large et 7 mètres de

hauteur) une fois que le panneau solaire et que le radar ASAR sont déployés.–Son panneau solaire de 70 mètres produit 6600 watts destinés à l’alimentation

des instruments scientifiques embarqués.–Positionné sur une orbite de 800 km d’altitude, il fait le tour de la Terre toutes les

101 minutes et survole l’intégralité du globe en trois jours.



Ressources

À LIRE–Collectif, Utilisation pédagogique des images satellitaires, Université d’été interna-

tionale d’observation de la Terre, Marseille 1992, éditions Cépaduès, 1993.–ACHACHE José, Les Sentinelles de la Terre. Hachette Littérature, 2004. Le livre qui a

inspiré la série documentaire. Style enquête journalistique.–CAPDEROU Michel, MÉGIE Gérard, Satellites, Orbites et Missions, Springer, 2003.–CAZENAVE Anny, L’Observation spatiale de la mer, «Planète océane : l’essentiel de la

mer », éditions Choiseul, 2006, pp. 441-448.–CAZENAVEAnny,MASSONNET Didier,La Terre vue de l’espace,Belin,coll.«Pour la science»,2004.–COUILLARD Philippe, Lanceurs et Satellites, éditions Cépaduès, 2004. La physique de

l’aérospatiale et des satellites. Ouvrage de référence.–DE FELICE Pierre, L’Image de la Terre : les satellites d’observation, L’Harmattan, 2005.–MASSONNET Didier, « L’interférométrie radar par satellite », notes de séminaire, Pour la

science, avril 1997.–ROBIN Marc, La Télédétection, Nathan Université, coll. « Fac. géographie », 1995.

Niveau universitaire mais accessible à tous.–ROUGÉ Bernard, LATRY Christophe, « Les yeux de lynx de Spot 5 », La Recherche, l’ac-

tualité des sciences, décembre 2002.

À VOIR–La Conquête de l’espace, vol. 21, « La Terre sous surveillance », réalisation SVS

Production, éditeur UMK collections, DVD.

À CONSULTER–http://envisat.esa.int. Porte d’entrée du programme Envisat. Parfois en français.–http://smsc.cnes.fr/Fr/terres.htm. Le site du CNES.–www.cnes.fr/web/818-comprendre-le-monde-vegetal.php. Introduction au pro-

gramme végétation.–www.educnet.education.fr/obter. Le site du ministère de l’Éducation nationale sur

l’observation de la Terre par télédétection.–www.educnet.education.fr/espace/satimg.htm. Banque d’images satellitaires.–

www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier41-2.php. Un dossier completsur Envisat. En français et vulgarisé.

–www.futura-sciences.com/news-radar-envisat-veille-poisson-prehistorique_7622.php.Un article sur Envisat et la surveillance de la pêche.



–www.wmo.ch/web/sat/fr/chap6.htm. Exposé des diverses méthodes de la télédé-tection.



Documents

Les Sentinelles de la Terre