Le nouveau spectromètre imageur de la NASA, AVIRIS-5, a commencé ses vols opérationnels au-dessus de l'ouest des États-Unis pour aider les géoscientifiques à cartographier avec précision les roches contenant du lithium et d'autres minéraux critiques. Les vols sont menés dans le cadre de la campagne pluriannuelle GEMx (Geological Earth Mapping Experiment) en partenariat avec le Service géologique des États-Unis (USGS). Il s'agit de la plus grande entreprise de spectroscopie aéroportée de ce type aux États-Unis, et l'annonce du début des opérations d'AVIRIS-5 est arrivée le 9 décembre 2025, la veille de la date d'aujourd'hui (10 décembre 2025). Selon les données officielles, la nouvelle génération de l'instrument a déjà effectué au cours de cette année plus de 200 heures de vol au-dessus de la Californie, du Nevada et d'autres États de l'Ouest américain, dans le cadre des efforts visant à accélérer la découverte et l'évaluation des ressources importantes pour la transition énergétique.

Instrument de faible masse, puissance immense

AVIRIS-5 (Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer-5) est situé dans le nez de l'avion ER-2 de la NASA et ses dimensions sont comparables à celles d'un four à micro-ondes, mais ses performances s'appuient sur la tradition des spectromètres spatiaux du JPL. Par rapport à la génération précédente, il offre une résolution spatiale deux fois plus fine, de sorte qu'à des altitudes de vol standard, il peut distinguer des détails allant de moins de 30 centimètres à environ 10 mètres, selon la configuration de la mission et les objectifs de prise de vue. Le produit de base de l'instrument ne sont pas des « photographies ordinaires », mais ce qu'on appelle des « cubes » spectraux – des séries d'images dans des centaines de canaux de longueurs d'onde adjacents dans le domaine visible et infrarouge à ondes courtes. Dans de telles données, les minéraux, les roches, la végétation et les matériaux anthropiques laissent des « empreintes digitales » spectrales reconnaissables grâce auxquelles il est possible de les distinguer et de les cartographier avec une grande fiabilité.

Du prisme de Newton au « silicium noir »

La technologie de spectroscopie d'imagerie derrière AVIRIS-5 découle d'une compréhension séculaire de la décomposition de la lumière, mais s'appuie également sur les matériaux et les concepts micro-optiques les plus récents. L'appareil utilise une combinaison de miroirs, de matrices de détecteurs et de réseaux gravés avec précision (empilés électroniquement), qui dirigent et décomposent le rayonnement solaire réfléchi en ses « couleurs » constitutives. Un rôle critique est joué par des surfaces en « silicium noir » – l'un des matériaux artificiels les plus sombres – dont la « forêt » micronanoscopique de structures en aiguilles capture la lumière parasite et empêche sa dispersion à l'intérieur de l'instrument. Cela réduit le bruit et les réflexions internes et augmente la précision de la mesure, ce qui est une condition préalable pour distinguer clairement plus tard lors du traitement des caractéristiques d'absorption très subtiles qui séparent, par exemple, les argiles lithinifères des minéraux similaires sans lithium.

Voler au-dessus de 95 % de l'atmosphère

La plateforme opérationnelle pour AVIRIS-5 est l'ER-2 – la version scientifique du célèbre U-2 – qui atteint régulièrement des altitudes de vol d'environ 18–20 kilomètres, soit environ 60 000 pieds. À ces altitudes, plus de 95 % de l'air se trouve sous l'avion, ce qui réduit considérablement les perturbations atmosphériques et le bruit dans les images et permet d'obtenir un large champ de vision. La base de départ est le Armstrong Flight Research Center de la NASA à Edwards (Californie). Au cours de l'année 2025, des survols en série ont été effectués au-dessus des paysages désertiques et semi-désertiques de la Californie, du Nevada et des États voisins – des terrains idéaux pour la spectroscopie des minéraux car le relief dénudé et le manque de végétation dense permettent aux « signatures » minérales de se manifester. L'équipe conjointe de la NASA et de l'USGS a collecté de 2023 à ce jour des données sur plus de 366 000 milles carrés (environ 950 000 km²), ce qui fournit une base unique pour des analyses ultérieures et des confirmations de terrain des découvertes.

GEMx et Earth MRI : synergie pluriannuelle de la NASA et de l'USGS

GEMx est un projet de recherche prévu pour une période de quatre ans. Il est financé par l'initiative Earth Mapping Resources Initiative (Earth MRI) de l'USGS, dans laquelle un investissement supplémentaire substantiel a été injecté grâce à la loi fédérale Bipartisan Infrastructure Law. Earth MRI modernise la cartographie de la surface et du sous-sol des États-Unis et combine des approches géologiques, géochimiques et géophysiques pour construire un aperçu tridimensionnel de la structure du terrain. La spectroscopie d'imagerie aérienne est dans cette mosaïque une « voie rapide » clé : elle permet de restreindre sur de vastes zones les zones d'intérêt et de déterminer les emplacements prioritaires pour les recherches sur le terrain et les forages. De cette manière, les coûts sont réduits, la prise de décision est accélérée et – peut-être le plus important – les risques environnementaux potentiels liés aux activités minières sont évalués à l'avance.

Premiers résultats : hectorite dans les résidus et une « seconde chance » pour les vieilles décharges

Parmi les découvertes les plus précoces et marquantes des premiers survols d'AVIRIS-5 en 2025 figure la confirmation de la présence d'hectorite – un minéral argileux contenant du lithium – dans les décharges d'une mine abandonnée en Californie et sur plusieurs autres sites. L'importance d'une telle découverte est double. D'une part, elle montre que les anciennes décharges minières, perçues pendant des décennies seulement comme un problème environnemental, peuvent devenir une source de nouveaux stocks de matières premières stratégiques grâce aux technologies de traitement modernes. D'autre part, ces mêmes données aident à identifier les endroits présentant un potentiel de formation de drainage minier acide (lorsque les roches exposées et les résidus changent chimiquement au contact de l'air et de l'eau et libèrent des acides et des métaux), ce qui permet une planification plus précoce des mesures d'assainissement. La scientifique de la NASA Dana Chadwick souligne que le même type de données, outre la « chasse aux minéraux », sert également à la gestion des terres, à l'analyse de la couverture neigeuse importante pour les ressources en eau et à l'évaluation des risques d'incendie – les minéraux critiques ne sont donc que le début d'une application plus large d'AVIRIS-5.

Pourquoi des minéraux « critiques » et comment AVIRIS-5 peut aider

L'USGS répertorie environ 50 matières premières minérales comme critiques, dont l'interruption de l'approvisionnement aurait un effet considérable sur l'économie et la sécurité nationale. En pratique, il s'agit de groupes tels que les terres rares, le lithium, le cobalt et le nickel, fondamentaux pour les batteries, les éoliennes, les moteurs électriques, l'électronique à haute efficacité et une série de systèmes militaires et spatiaux. Une évaluation rapide et objective du potentiel géologique sur de grandes surfaces est nécessaire également pour une gestion transparente des attentes des communautés locales et des investisseurs. La spectroscopie d'imagerie permet d'identifier depuis les airs, sans travaux invasifs, des contextes géologiques portant un plus grand potentiel – par exemple des roches altérées par voie hydrothermale, des argilites riches en argiles, des zones carbonatées avec des traces de charge métallique – après quoi les équipes de terrain effectuent de manière ciblée des cartographies et des échantillonnages. Cela réduit les coûts et les risques, et augmente la probabilité que les ressources limitées soient dirigées vers des cibles prometteuses.

« Empreintes digitales » spectrales et science sans devinettes

AVIRIS-5 mesure le rayonnement solaire réfléchi dans une large gamme de longueurs d'onde allant du visible à l'infrarouge à ondes courtes. Chaque pixel de la surface obtient son propre spectre continu avec plus de deux cents canaux, de sorte que l'on peut rechercher lors du traitement des lignes d'absorption très subtiles. L'argile lithinifère hectorite, par exemple, montre des caractéristiques d'absorption spécifiques dans la région de l'infrarouge à ondes courtes qui diffèrent des smectites sans lithium ; les carbonates et les sulfates ont des bandes caractéristiques distinctes ; les oxydes de fer forment des changements reconnaissables dans la partie visible et proche infrarouge du spectre. Lorsque de tels signaux apparaissent de manière cohérente, sur plusieurs pixels adjacents et dans différentes géométries d'éclairage, la probabilité qu'il s'agisse d'une véritable « signature » minérale augmente considérablement. C'est pourquoi les « cubes » de données AVIRIS sont souvent combinés avec des cartes géologiques, des archives minières historiques et des échantillons de terrain pour confirmer ou rejeter des hypothèses.

Héritage d'autres mondes

Les spectromètres imageurs du JPL ont marqué de nombreuses missions planétaires. Par exemple, l'instrument Moon Mineralogy Mapper a été le premier en 2009 à détecter de manière fiable de l'eau sur la Lune, tandis que d'autres instruments apparentés ont cartographié la croûte de Mars, découvert des lacs sur Titan et suivi des nuages de poussière riche en minéraux au-dessus du Sahara. Un nouveau spectromètre est déjà en route vers Europe, la lune océanique de Jupiter, pour rechercher des ingrédients chimiques pouvant être liés aux conditions préalables à la vie. AVIRIS-5 représente ainsi la dernière étape d'une série de capteurs qui ont fait leurs preuves dans l'espace, et sont maintenant adaptés pour une science très précise depuis les airs au-dessus de la surface de la Terre.

Du « classique » à la cinquième génération

La famille AVIRIS a commencé à voler en 1986 et, au fil des décennies, a été placée sur plusieurs plates-formes : du ER-2 volant à haute altitude, en passant par le turbopropulseur Twin Otter et le Proteus expérimental jusqu'au WB-57 de la NASA. L'AVIRIS « classique » et l'AVIRIS-NG (Next Generation) ultérieur ont déjà fait leurs preuves dans de nombreuses missions – de la cartographie des conséquences des incendies et des éruptions à l'évaluation des dommages après des catastrophes, l'analyse de la qualité de l'air et la surveillance des cultures agricoles. La cinquième génération va plus loin : une résolution spatiale deux fois plus fine, un rapport signal-bruit amélioré et une stabilité de l'étalonnage raccourcissent le temps nécessaire pour distinguer les groupes minéraux cibles, tout en ouvrant simultanément un espace pour des sujets supplémentaires, comme l'évaluation de l'état de la végétation ou de la neige qui préserve les ressources en eau des zones montagneuses.

Ouverture des données et utilisateurs hors de la communauté scientifique

L'une des plus grandes valeurs de GEMx est l'accès ouvert aux données étalonnées et aux produits dérivés. La NASA publie les données mesurées et traitées via ses propres portails, tandis que l'USGS publie régulièrement dans le cadre d'Earth MRI des cartes thématiques, des rapports et des communiqués. Ainsi, l'industrie, les autorités locales, les chercheurs privés et les universités ont accès à des produits standardisés – mosaïques de réflectance, cartes minérales et rapports de qualité – qu'ils peuvent intégrer dans leurs systèmes SIG et leurs plans de recherche. Un tel modèle garantit la transparence, la reproductibilité et la vérifiabilité des résultats, et comme ils sont financés par des fonds publics, les résultats contribuent également au bien commun – de la protection de l'environnement à l'éducation des futurs experts.

Écologie et contexte social

La recherche de minéraux ne peut être isolée du cadre environnemental et social. C'est précisément pour cela que GEMx recherche simultanément des gisements potentiels et enregistre des indicateurs de risque environnemental, comme la propagation du drainage acide, la sécheresse de la végétation qui augmente le danger d'incendie ou les changements dans la couverture neigeuse importante pour les ressources en eau. Le même outil qui aide à identifier les ressources peut, avec une interprétation responsable, aider également à leur exploitation durable. Pour les communautés vivant à proximité d'anciennes mines, cela signifie une alerte plus précoce sur les problèmes possibles, des informations plus claires dans les procédures d'évaluation de l'impact environnemental et des négociations de meilleure qualité sur l'assainissement ou la revitalisation de l'espace.

Quelle suite en 2026

Alors que GEMx entre dans la phase suivante, on s'attend à une intégration plus poussée des données aériennes avec les cartes géologiques, la géophysique et l'échantillonnage sur le terrain, ainsi qu'à une utilisation croissante d'algorithmes automatisés pour la détection des signatures spectrales. L'accent des vols reste sur les zones arides de l'Ouest américain, où le relief dénudé permet la meilleure lisibilité spectrale. En perspective, les mêmes procédures peuvent être appliquées à d'autres sujets, comme la surveillance de la dégradation des sols ou la détection de la pollution, mais l'épine dorsale reste axée sur la mission : accélérer, faciliter et rendre plus transparente la recherche de matières premières minérales clés pour la transition énergétique, avec la plus petite empreinte environnementale possible.