À peine plus de trois mois après son lancement réussi le 13 août 2025, la mission européenne Copernicus Sentinel-5A a livré ses premières vues impressionnantes des gaz dans l'atmosphère terrestre. Le premier ensemble de produits comprend une carte mondiale de l'ozone total, des cartes détaillées du dioxyde d'azote au-dessus du Moyen-Orient et de l'Afrique du Sud, du formaldéhyde au-dessus de l'Afrique centrale et un nuage de dioxyde de soufre au-dessus d'un volcan actif au Kamtchatka. Ainsi, Sentinel-5A a montré qu'il est prêt à devenir une source de données clé pour la surveillance de la qualité de l'air, du climat et de l'état de la couche d'ozone à l'échelle mondiale.

Une nouvelle ère de surveillance atmosphérique : Sentinel-5A sur MetOp-SG-A1

Sentinel-5 est une mission du programme européen Copernicus, dédiée à la mesure de la composition de l'atmosphère. Au lieu d'être un satellite autonome, Sentinel-5 est un spectromètre imageur avancé embarqué sur les satellites météorologiques de deuxième génération MetOp-SG de type A. Le premier satellite de ce type, MetOp-SG-A1, est entré en orbite polaire héliosynchrone à une altitude d'environ 830 kilomètres le 13 août 2025 et survole la planète entière d'un pôle à l'autre chaque jour, enregistrant des traces de gaz et d'aérosols dans le monde entier.

Sur MetOp-SG-A1, Sentinel-5A fonctionne en compagnie d'une série d'autres instruments – des sondeurs infrarouges et micro-ondes aux capteurs d'imagerie avancés – combinant ainsi des informations sur la température, l'humidité, les nuages et les propriétés de surface avec des données très précises sur la composition de l'air. Dans les années à venir, le même type d'instrument sera également installé sur les prochains satellites de la série MetOp-SG de type A, assurant une série continue de mesures qui s'étendra loin dans les années 2040.

La mission est gérée par l'Agence spatiale européenne (ESA) et EUMETSAT, tandis que les données sont utilisées dans le cadre des services Copernicus pour la surveillance de l'atmosphère et du climat, mais aussi dans les services météorologiques et environnementaux nationaux à travers l'Europe et le monde. Contrairement à la mission géostationnaire Sentinel-4, qui surveille l'Europe et l'Afrique du Nord depuis un point fixe au-dessus de l'équateur, Sentinel-5 fournit une image globale de la Terre entière chaque jour, ce qui permet de surveiller la pollution de l'air et les gaz à effet de serre à l'échelle planétaire.

Comment Sentinel-5 « voit » les gaz invisibles

Le cœur de la mission Sentinel-5A est un spectromètre imageur haute résolution fonctionnant dans sept plages spectrales – de l'ultraviolet et la partie visible du spectre au proche infrarouge et infrarouge à ondes courtes. L'instrument mesure comment la Terre et l'atmosphère réfléchissent et diffusent la lumière du soleil, et à partir de fines différences dans le spectre, les scientifiques reconstruisent la quantité de différents gaz le long de la ligne de visée.

De cette façon, Sentinel-5A peut mesurer quotidiennement les concentrations d'une série de composants clés de l'air : ozone, dioxyde d'azote, dioxyde de soufre, formaldéhyde, glyoxal, monoxyde de carbone et méthane, mais aussi les propriétés des aérosols et l'indice UV. La largeur de fauchée est suffisamment grande pour couvrir presque toute la planète en une seule journée, tandis que la résolution spatiale est adaptée pour distinguer clairement les foyers de pollution urbains, les grandes zones industrielles et les régions éloignées où prédominent les sources naturelles de gaz.

Cette approche s'appuie sur l'héritage d'instruments tels que GOME, SCIAMACHY et Sentinel-5P (TROPOMI), mais avec un plus grand nombre de canaux spectraux, une stabilité améliorée et un étalonnage plus précis. Grâce à cela, Sentinel-5 deviendra une référence pour la surveillance à long terme des changements dans la composition de l'atmosphère, y compris les tendances des gaz à effet de serre et les traces de pollution des villes, de l'énergie, de l'industrie et des transports.

Premières vues mondiales de l'ozone : regard sur le bouclier protecteur de la Terre

La première image publiée de Sentinel-5A est une carte mondiale de l'ozone total enregistrée le 13 octobre 2025. La carte montre la colonne totale d'ozone, ce qui signifie que l'on mesure la quantité d'ozone additionnée à travers toute l'épaisseur de l'atmosphère au-dessus de chaque point sur Terre. Bien qu'une partie de l'ozone existe également dans les couches proches du sol où il agit comme un polluant nocif, la colonne totale est largement déterminée par l'ozone stratosphérique – une couche protectrice à une altitude de 15–35 kilomètres qui absorbe la plupart du rayonnement ultraviolet du Soleil.

Sur la carte Sentinel-5A, le trou d'ozone au-dessus de l'Antarctique ressort très clairement, une zone dans laquelle les valeurs de la colonne d'ozone tombent en dessous de 220 unités Dobson. C'est un seuil souvent utilisé comme définition opérationnelle du trou d'ozone. À cette époque de l'année, pendant le printemps antarctique, le trou d'ozone s'élargit et se creuse traditionnellement en raison de réactions chimiques alimentées par le chlore et le brome provenant de composés rejetés dans l'atmosphère par le passé.

L'utilisation de substances appauvrissement la couche d'ozone, telles que les chlorofluorocarbures, a été interdite par le Protocole de Montréal international à la fin des années 1980. Mais ces composés persistent dans l'atmosphère pendant des décennies, de sorte que le rétablissement de la couche d'ozone est lent et progressif. Les séries de mesures à long terme montrent que des signes de rétablissement n'apparaissent que ces dernières années, et Sentinel-5A assume désormais une part de responsabilité dans la poursuite de ce « carnet de santé » mondial de la couche d'ozone.

En combinant les nouvelles données de Sentinel-5A avec les archives des missions précédentes, les scientifiques peuvent suivre plus précisément à quelle vitesse l'ozone revient aux valeurs antérieures à la pollution intense, distinguer les variations naturelles des tendances à long terme et vérifier l'efficacité des accords internationaux.

Dioxyde d'azote : l'empreinte de l'activité humaine sur le Moyen-Orient

La deuxième image montrée affiche la colonne verticale de dioxyde d'azote (NO₂) au-dessus du Moyen-Orient, également enregistrée le 13 octobre 2025. Sur la carte, on distingue clairement des « points chauds » à proximité des grandes villes, des raffineries de pétrole et de gaz, des centrales thermiques et des installations métallurgiques. Des foyers supplémentaires suivent les principaux corridors de transport, où un trafic routier et maritime intense contribue directement aux émissions d'oxydes d'azote.

Le dioxyde d'azote est l'un des gaz les plus importants lorsque l'on parle de pollution de l'air dans les villes. Il provient principalement de la combustion de combustibles fossiles – dans les moteurs de voitures et de camions, dans les cheminées des centrales électriques, des installations industrielles, mais aussi dans les ménages utilisant des cuisinières à gaz ou un chauffage aux combustibles fossiles. Dans l'atmosphère, il participe à la formation d'ozone troposphérique et de particules secondaires, aggravant le smog et affectant la santé du système respiratoire.

Dans la région du Moyen-Orient, Sentinel-5A permet pour la première fois d'observer ces émissions de manière uniforme, jour après jour, au-delà des frontières nationales. C'est particulièrement important dans une région où le trafic des pétroliers, le développement industriel et l'urbanisation rapide conduisent à une mosaïque complexe de sources de pollution. Les données de Sentinel-5 pourront être directement utilisées dans les modèles de qualité de l'air, mais aussi pour vérifier les émissions déclarées du secteur énergétique et industriel.

Sur la carte sont également visibles des parties où le signal est moins clair ou « coupé » – il s'agit le plus souvent de zones couvertes de nuages. Comme les nuages obstruent la vue des instruments sur les couches d'air proches de la surface, dans de tels cas, les données sur le NO₂ ne peuvent pas être calculées de manière fiable, et les zones sont marquées comme non couvertes ou non fiables. Les systèmes de traitement des données fournissent donc, avec les grandeurs physiques, des informations sur la qualité et la fiabilité de chaque pixel.

Hautes concentrations de dioxyde d'azote au-dessus de l'Afrique du Sud

La troisième image publiée de dioxyde d'azote se concentre sur l'Afrique du Sud. Des valeurs élevées de NO₂ se distinguent particulièrement au-dessus de la région du Highveld, où sont concentrées la majorité des centrales au charbon sud-africaines ainsi qu'un grand nombre de mines et d'industries lourdes. Dans cette zone, les émissions du secteur énergétique constituent l'épine dorsale de la pollution atmosphérique locale, et les mesures satellitaires offrent une vue extérieure et indépendante sur le niveau de ces émissions.

En combinaison avec des mesures de surface provenant de réseaux de stations nationales et régionales, les données de Sentinel-5 permettront une évaluation plus détaillée de l'impact du secteur énergétique sur la qualité de l'air et la santé de la population, mais aussi sur les engagements climatiques des États dépendant du charbon. Des niveaux élevés de NO₂ sont souvent associés aux émissions d'autres polluants, comme le dioxyde de soufre et les particules en suspension, qui contribuent ensemble à l'apparition de pluies acides, au trouble atmosphérique et aux problèmes respiratoires.

Formaldéhyde au-dessus de l'Afrique : l'empreinte des incendies et de la végétation

La quatrième image de Sentinel-5A montre la colonne verticale de formaldéhyde (HCHO) au-dessus de l'Afrique le 13 octobre 2025. Des concentrations élevées le long de la côte nord-ouest de l'Angola sont liées aux feux de végétation et au brûlage agricole des chaumes, tandis que des niveaux accrus au-dessus de la République centrafricaine proviennent d'une combinaison d'incendies et d'émissions naturelles de la végétation dans les forêts tropicales.

Le formaldéhyde est un gaz réactif, potentiellement cancérigène, qui agit également dans l'atmosphère comme un indicateur indirect de la présence d'autres composés d'échappement, en particulier les composés organiques volatils (COV). Une partie du formaldéhyde est générée directement dans les incendies, et une partie par des réactions chimiques d'autres gaz organiques émis par les plantes ou les activités humaines. C'est précisément pourquoi la surveillance du formaldéhyde depuis l'espace aide les scientifiques à mieux comprendre comment change la chimie de la troposphère au-dessus des zones avec des incendies intenses ou une végétation luxuriante.

Comme le formaldéhyde est souvent concentré près de la surface, les nuages ont un impact encore plus grand sur la couverture des données que pour certains autres gaz. Dans les zones de nébulosité partielle, les algorithmes de traitement des données peuvent introduire des erreurs systématiques, de sorte que les premiers produits de formaldéhyde de Sentinel-5A sont marqués comme préliminaires. À mesure que l'étalonnage et les modèles de traitement seront perfectionnés, on s'attend à une amélioration de la précision et à une augmentation de la cohérence spatiale de ces cartes.

Dioxyde de soufre au-dessus du volcan Klioutchevskoï

La cinquième image que les experts ont mise en avant montre un nuage de dioxyde de soufre (SO₂) au-dessus du volcan Klioutchevskoï sur la péninsule du Kamtchatka, dans l'Extrême-Orient russe. Il s'agit de l'un des volcans les plus actifs au monde, qui est entré en éruption plus de cinquante fois depuis le début du XVIIIe siècle. Même en dehors des pics éruptifs, des gaz et de la fumée s'échappent souvent constamment du cratère.

Sentinel-5A capture très clairement un nuage étroit mais intense de dioxyde de soufre qui s'étend avec le vent sur des centaines de kilomètres depuis la source. Le dioxyde de soufre dans l'atmosphère peut provoquer une irritation des voies respiratoires, et une présence prolongée de concentrations élevées conduit à un risque accru de maladies respiratoires et cardiovasculaires. Le SO₂ est également un précurseur des pluies acides, car il s'oxyde dans l'atmosphère et crée des particules de sulfate.

Pour les volcanologues et les services de protection civile, de telles mesures ont une double valeur. D'une part, elles aident lors de l'émission d'avertissements pour le trafic aérien, car les nuages de gaz et de cendres volcaniques peuvent endommager les moteurs à réaction. D'autre part, les séries de cartes de SO₂ permettent d'estimer combien les émissions volcaniques contribuent à la quantité totale de soufre dans l'atmosphère par rapport à l'industrie et à l'énergie.

Fausse couleur du rayonnement terrestre : vérification de la santé des instruments

La dernière image mise en avant du premier ensemble de données montre le rayonnement terrestre dans la période du 5 au 6 octobre 2025. C'est un composite en fausses couleurs, dans lequel les composantes rouge, verte et bleue ont été attribuées à différents canaux, ce qui donne une carte mondiale sur laquelle on distingue clairement les continents, les océans et les nuages. Contrairement aux cartes spécialisées de gaz individuels, cette image sert principalement à vérifier la « santé » globale de l'instrument.

De telles vérifications sont cruciales dans la phase précoce de la mission, lorsque l'instrument est encore en cours d'étalonnage et que les algorithmes de conversion des mesures brutes en produits géophysiques (par ex. concentrations de gaz) sont testés intensivement. En comparant ces clichés avec les données d'autres satellites et modèles, les équipes de l'ESA, d'EUMETSAT et des institutions partenaires confirment que Sentinel-5A mesure correctement l'intensité et la forme spectrale du rayonnement dans tout le champ de vision.

Ce n'est que lorsque de tels tests « d'ingénierie » sont terminés et que la stabilité à long terme de l'instrument est confirmée, que des produits comme les cartes d'ozone, de dioxyde d'azote ou de formaldéhyde sont déclarés opérationnels et prêts à être utilisés dans les systèmes officiels de prévision et d'alerte.

Vue complémentaire de Sentinel-4 et héritage de Sentinel-5P

Sentinel-5 n'agit pas dans le vide – ni littéralement ni au sens figuré. En orbite géostationnaire au-dessus de l'Europe, la mission Sentinel-4 est active depuis 2025, mesurant les gaz clés au-dessus de l'Europe et de l'Afrique du Nord toutes les heures. Elle offre une résolution temporelle exceptionnellement bonne au-dessus d'une partie du monde, tandis que Sentinel-5 en orbite polaire couvre la planète entière quotidiennement. Ensemble, ils créent un système qui peut suivre simultanément les épisodes de pollution à court terme et les tendances mondiales à long terme.

Sentinel-5P (Precursor) s'inscrit également dans ce tableau, ayant fourni des cartes très détaillées de gaz comme le NO₂, le SO₂, le CH₄ et le CO depuis 2017. Les données de Sentinel-5P restent essentielles pour l'analyse de la période avant 2025, tandis que Sentinel-5A et ses successeurs assumeront le rôle de porteurs des statistiques atmosphériques dans les décennies à venir. La continuité entre ces missions est d'une importance cruciale pour toutes les études scientifiques traitant des tendances climatiques, des changements à long terme de la qualité de l'air et des effets des accords internationaux sur la réduction des émissions.

Une mission à long terme pour la politique, la science et la santé publique

Avec la durée de vie prévue des satellites MetOp-SG et une série d'instruments Sentinel-5 sur plusieurs plateformes successives, on s'attend à ce que la mission fournisse des données clés pendant au moins deux décennies. Une telle période permet de séparer clairement les oscillations à court terme – comme les changements saisonniers ou les épisodes individuels de smog – des tendances lentes mais importantes liées aux changements climatiques et aux modifications du mix énergétique.

Les données de Sentinel-5 sont déjà incluses dans les systèmes de prévision de la qualité de l'air et de l'indice UV, où elles complètent les mesures de surface et les modèles numériques. Lorsque les cartes d'ozone, de dioxyde d'azote, de particules et d'autres composants de l'air sont incluses dans les modèles opérationnels, les services météorologiques et environnementaux peuvent émettre en temps opportun des avertissements aux citoyens sur un niveau de pollution élevé, des conseils pour les groupes sensibles et des recommandations pour réduire l'exposition.

Simultanément, des informations détaillées sur la distribution spatiale et l'évolution des gaz servent d'outil important aux décideurs politiques. Les États et les régions peuvent comparer les concentrations réelles et les émissions estimées avec les objectifs définis par les directives européennes sur la qualité de l'air et les plans climatiques. En pratique, cela signifie que les mesures satellitaires serviront de plus en plus de « juge indépendant » supplémentaire montrant à quel point les inventaires nationaux d'émissions et les mesures annoncées sont alignés avec ce qui se passe réellement dans l'atmosphère.

Des premières images au service opérationnel

Bien que Sentinel-5A soit encore en phase de recette, les premières vues de l'ozone, du dioxyde d'azote, du formaldéhyde, du dioxyde de soufre et du rayonnement terrestre montrent que l'instrument fonctionne conformément aux attentes. Les ingénieurs et les scientifiques continuent maintenant l'étalonnage fin, comparent les données avec les mesures au sol et d'autres satellites et perfectionnent les algorithmes par lesquels les grandeurs atmosphériques sont dérivées des spectres.

À mesure que le traitement des données se stabilisera, Sentinel-5 deviendra une source standard d'informations d'entrée pour les études climatiques, les modèles de prévision de la qualité de l'air, les avertissements sanitaires sur le rayonnement UV et la surveillance des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Les premiers produits publiés ne sont qu'une annonce de ce que la mission apportera au cours de sa longue vie opérationnelle – une surveillance mondiale continue et sans précédent de l'atmosphère, au service de la science, de la santé publique, de la protection de l'environnement et de l'économie.