L'Agence spatiale européenne (ESA) a acquis un nouvel outil puissant pour surveiller le changement climatique et le cycle mondial de l'eau. Le vendredi 28 novembre 2025, depuis le pas de tir SLC-4E de la base Vandenberg Space Force Base en Californie, une fusée Falcon 9 dans le cadre de la mission Transporter-15 a emporté en orbite héliosynchrone la double mission HydroGNSS – le premier projet de la nouvelle famille de missions dites Scout de l'ESA. Deux petits satellites identiques, séparés de 180 degrés en orbite à environ 550 kilomètres d'altitude, vont désormais littéralement « écouter » la Terre via les signaux des systèmes de navigation pour cartographier l'eau et les paramètres climatiques associés à l'échelle mondiale.

Moins d'une heure et demie après le décollage, les deux satellites ont été séparés avec succès du deuxième étage de la fusée, et dans la soirée, heure d'Europe centrale, le centre de contrôle de l'entreprise Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL) au Royaume-Uni a confirmé la réception des premiers signaux. Cela a confirmé que les deux satellites sont vivants, stables et prêts à commencer la phase complexe de test et de mise en service, qui précédera la collecte régulière de données scientifiques.

Une nouvelle génération de petits satellites pour le cycle de l'eau

HydroGNSS (Hydrological Global Navigation Satellite System) est conçu comme une mission rapide, agile et relativement peu coûteuse qui complète les plus grandes plateformes de recherche du programme FutureEO de l'ESA. Il s'agit de deux microsatellites d'une masse d'environ 75 kilogrammes et de dimensions d'environ 45 × 45 × 70 centimètres, qui offrent dans un seul paquet ce qui nécessitait il y a encore une dizaine d'années des engins spatiaux nettement plus grands et plus coûteux.

La clé de la mission est l'accent mis sur quatre paramètres hydrologiquement et climatiquement cruciaux : l'humidité du sol, l'inondation et les terrains humides (y compris les marais et les zones sous l'eau), l'état de gel et de dégel dans les zones de pergélisol ainsi que la biomasse aérienne des forêts et autre végétation. Il s'agit de variables que le Global Climate Observing System (GCOS) considère comme des « variables climatiques essentielles » clés ou leurs proches dérivés, car elles influencent directement le bilan de l'eau, de l'énergie et du carbone dans le système climatique.

Outre ces objectifs primaires, HydroGNSS fournira également des données secondaires sur la vitesse du vent au-dessus des océans et sur l'étendue de la glace de mer. Ainsi, la mission s'intègre directement aux efforts mondiaux de surveillance des changements sur les mers polaires, qui jouent un rôle clé dans la régulation du climat et la sécurité maritime.

Réflectométrie GNSS : comment les satellites « entendent » l'eau

Contrairement aux missions radar classiques qui envoient leur propre signal vers la Terre et mesurent ensuite l'écho, HydroGNSS utilise une technique connue sous le nom de réflectométrie GNSS. Les systèmes de navigation comme le GPS et le Galileo européen émettent continuellement des signaux micro-ondes en bande L. Ces signaux, après avoir rebondi sur la surface de la mer, du sol, de la glace ou de la végétation, portent la signature des propriétés physiques de cette surface – par exemple à quel point le sol est humide, s'il est gelé ou s'il fond, s'il y a de l'eau ou une végétation dense dans une certaine zone.

Chaque satellite HydroGNSS porte donc un récepteur spécial appelé delay Doppler mapping receiver. Il fonctionne avec deux antennes : une antenne zénithale tournée vers le ciel, qui suit les signaux GNSS directs, et une antenne nadir dirigée vers la Terre, qui capte ces mêmes signaux après réflexion sur la surface. En comparant le signal direct et le signal réfléchi et en le traitant sous forme de cartes dites delay Doppler, l'instrument peut reconstruire une série de paramètres géophysiques liés à l'eau et à la végétation.

Plus la surface est lisse et plane – comme une mer calme – plus les signaux réfléchis sont concentrés. Les surfaces plus rugueuses ou couvertes de végétation produisent des échos plus diffus, tandis que la présence d'eau dans le sol modifie les propriétés diélectriques et donc la forme du signal réfléchi. Dans les zones de pergélisol, la transition de l'état gelé à l'état dégelé laisse une trace reconnaissable dans la manière dont le signal GNSS rebondit sur le sol. Toutes ces nuances, intégrées à un niveau spatial d'environ 25 kilomètres, permettent aux satellites de « voir » depuis l'espace des processus hydriques et de végétation qui sont souvent fragmentés et difficiles à mesurer sur le terrain.

Humidité du sol : la base pour la prévision des récoltes et des inondations

L'humidité du sol est l'une des variables qui relie directement la météorologie, l'hydrologie et l'agriculture. La quantité d'eau dans les quelques centimètres supérieurs du sol détermine combien de précipitations s'infiltreront dans les couches plus profondes, à quelle vitesse se produira le ruissellement de surface et les inondations soudaines potentielles, et combien d'humidité est disponible pour les plantes dans les phases de croissance critiques.

Jusqu'à présent, les cartes mondiales de l'humidité du sol dépendaient en grande partie d'une combinaison de modèles numériques et de mesures provenant de satellites spécialisés comme la mission SMOS de l'ESA ou la mission SMAP de la NASA. HydroGNSS introduit une troisième approche qui utilise l'infrastructure GNSS déjà existante, ce qui réduit les coûts et augmente la possibilité de survols fréquents au-dessus des mêmes zones. Deux satellites en orbite polaire pourront couvrir plus de 80 pour cent de la surface terrestre de la planète en l'espace d'environ deux semaines, donnant ainsi une image presque continue des changements de l'humidité du sol.

De telles données sont d'une importance capitale aussi pour l'adaptation de la production agricole aux sécheresses de plus en plus fréquentes. Des informations plus précises sur l'humidité du sol permettront aux agriculteurs, aux agences d'irrigation et aux décideurs politiques de mieux planifier la distribution de l'eau, d'optimiser les temps de semis et de récolte et de réduire le risque de perte de rendement lors des saisons extrêmes.

Pergélisol et état de gel : un signal de fonte dans le nord

Une deuxième tâche clé d'HydroGNSS est la surveillance de l'état de gel et de dégel aux hautes latitudes, en particulier dans les zones de pergélisol. Le pergélisol – sol gelé en permanence – stocke d'énormes quantités de carbone organique. Lorsque la glace dans le sol commence à fondre, les micro-organismes décomposent la matière organique et libèrent des gaz à effet de serre, avant tout du méthane et du dioxyde de carbone.

Les changements dans l'état de gel affectent également la stabilité du sol, augmentant ainsi le risque d'effondrement des infrastructures dans les communautés arctiques : bâtiments, routes, pipelines. Les données que fournira HydroGNSS, combinées aux mesures locales et à d'autres missions satellitaires, aideront les scientifiques à mieux comprendre comment le pergélisol se comporte dans des conditions de réchauffement accéléré et où se trouvent les zones critiques des changements futurs.

La surveillance de la transition de l'état gelé à l'état dégelé – et vice versa – est également importante pour le calcul du bilan radiatif de surface. La neige et la glace réfléchissent plus d'énergie solaire que le sol plus sombre ou la végétation. La perte de la couverture neigeuse et la fonte de la glace de surface modifient le rapport entre l'énergie réfléchie et l'énergie absorbée, ce qui renforce encore le réchauffement régional. HydroGNSS complétera les données satellitaires existantes sur la neige et la glace avec des informations sur ce qui se passe dans la fine couche superficielle du sol immédiatement sous la neige.

Inondation, marais et sources cachées de méthane

Le troisième ensemble de paramètres que la mission observera concerne l'inondation et l'étendue des marais. Les plaines inondables, les étangs saisonniers et les grands complexes marécageux sont souvent cachés sous la canopée des forêts, ce qui fait que les satellites optiques les distinguent difficilement, surtout dans les régions tropicales nuageuses. La réflectométrie GNSS, grâce à la pénétration des signaux en bande L à travers la végétation, peut détecter la présence d'eau même là où elle est en fait invisible à l'œil humain.

Les marais sont l'un des types d'écosystèmes les plus importants, mais aussi les plus sensibles. Ils servent simultanément de puits de carbone, de filtres naturels pour l'eau et de zones à haute biodiversité. Cependant, certains types de marais sont en même temps d'importantes sources naturelles de méthane – un puissant gaz à effet de serre. De meilleures cartes des changements saisonniers et interannuels de l'inondation permettront des estimations plus précises des émissions de méthane de ces écosystèmes et amélioreront les modèles de rétroactions entre la biosphère et le climat.

Pour les pays européens, y compris la Croatie, des informations satellitaires plus précises sur les inondations et les marais ont aussi une dimension très pratique. Les données d'HydroGNSS peuvent être intégrées dans les systèmes opérationnels d'alerte précoce aux inondations, la gestion planifiée des zones de rétention et la restauration des marais dégradés en tant qu'« éponges » naturelles qui atténuent les excédents et les déficits hydriques extrêmes.

Biomasse et carbone dans les forêts

La biomasse aérienne – avant tout dans les forêts – est directement liée à la quantité de carbone stockée dans la végétation. Dans une situation où la politique climatique compte de plus en plus sur le rôle des forêts comme puits de carbone, des estimations fiables et à jour de la biomasse deviennent la clé pour la planification des mesures, de la gestion forestière aux projets d'échange de droits d'émission.

HydroGNSS détectera à travers les changements du signal GNSS réfléchi les différences dans la structure et la densité de la végétation. Bien que la mission elle-même ne remplacera pas les missions radar ou lidar spécialisées dédiées à la biomasse, ses données serviront de couche d'information supplémentaire précieuse : par exemple dans la détection des zones où des changements majeurs se sont produits, et qu'il faut ensuite imager plus en détail avec d'autres instruments.

En combinaison avec les inventaires forestiers nationaux et les images satellitaires à haute résolution, HydroGNSS peut aider à la découverte de l'exploitation forestière illégale, au suivi du rétablissement des forêts après des incendies ou des tempêtes, et à la vérification de l'efficacité des projets de reboisement et de la restauration des surfaces forestières dégradées.

Scouts : missions rapides et agiles à l'ère du New Space

HydroGNSS est la première mission lancée de la nouvelle série Scout de l'ESA, conçue sous l'influence de la philosophie New Space. L'idée de base est que des missions relativement petites et ciblées soient conçues, construites et lancées dans les trois ans suivant le début du projet et dans un cadre financier d'environ 35 millions d'euros, incluant le développement, la construction et la gestion en orbite. Ainsi, l'ESA s'efforce d'introduire une dynamique de start-up dans le secteur spatial traditionnellement plus lent, tout en ne sacrifiant pas la valeur scientifique des données.

Les Scouts doivent compléter les missions Earth Explorer plus grandes et plus coûteuses, qui apportent des technologies révolutionnaires et de nouveaux principes de mesure, mais nécessitent un cycle de développement plus long et des budgets nettement plus importants. HydroGNSS s'appuie à cet égard sur la technologie de missions de réflectométrie GNSS déjà éprouvées, comme la constellation CYGNSS de la NASA ou le démonstrateur TechDemoSat-1, mais la transfère dans un nouveau cadre plus opérationnel et se concentre sur une série de variables climatiques clairement définies.

Puisque la famille Scout est conçue comme une série de missions plus petites qui se complètent les unes les autres, HydroGNSS partagera à l'avenir l'orbite avec d'autres satellites de ce portefeuille, ce qui donnera au système européen d'observation de la Terre une flexibilité supplémentaire. Cela crée les conditions préalables à l'introduction plus rapide de nouvelles technologies, comme des récepteurs plus avancés pour la réflectométrie GNSS ou des combinaisons avec d'autres capteurs passifs et actifs.

Partenaires industriels et l'empreinte britannique

Le principal partenaire industriel de la mission est l'entreprise britannique Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), pionnière des petits satellites commerciaux, qui a déjà participé au développement de précédents projets de réflectométrie GNSS. SSTL est responsable de la conception et de la construction des deux satellites, du développement de l'instrument clé récepteur delay Doppler, mais aussi des opérations en orbite et de la distribution des données aux utilisateurs finaux.

La mission est partiellement financée par des fonds du Royaume-Uni, qui consolide ainsi davantage sa position dans le segment des technologies modernes d'observation de la Terre. Pour l'industrie spatiale européenne, HydroGNSS est également une démonstration de la manière dont la combinaison du financement public, d'une industrie agile et de la coopération internationale peut aboutir à des livraisons rapides de missions sophistiquées sans retards de plusieurs années.

Transporter-15 : lancement commun de trois initiatives nationales

La Falcon 9 dans le cadre de la mission Transporter-15 n'a pas emporté en orbite seulement deux satellites HydroGNSS. Sur le même vol ont été lancés également de nouveaux satellites pour le programme national italien IRIDE ainsi que deux satellites radar de l'entreprise ICEYE pour le Programme national grec de petits satellites. Ainsi, un vol rideshare commercial est devenu une sorte d'aperçu des initiatives européennes clés d'observation de la Terre de la prochaine décennie.

IRIDE est l'un des programmes spatiaux italiens les plus ambitieux de l'histoire. Il s'agit d'une grande constellation de satellites pour l'observation de la Terre financée par le gouvernement italien via le Plan national de relance et de résilience (PNRR), avec des fonds supplémentaires du Plan national complémentaire. Le programme est coordonné par l'ESA en étroite collaboration avec l'Agence spatiale italienne (ASI) et plus de 70 entreprises et institutions italiennes.

À terme, IRIDE devrait englober six constellations distinctes, chacune avec un type de capteur différent – des instruments optiques et radar aux instruments thermiques et hyperspectraux. Les satellites Eaglet-II qui ont été lancés avec HydroGNSS font partie de ce puzzle plus large et sont conçus pour assurer une haute fréquence d'imagerie du territoire italien et des zones environnantes. Les données d'IRIDE sont destinées avant tout aux institutions publiques italiennes, y compris la Protection civile, mais aussi aux scientifiques, aux autorités locales et au secteur privé.

Les principales applications incluent le suivi des mouvements du sol, des glissements de terrain et des tremblements de terre, la surveillance de la couverture terrestre et des changements dans l'utilisation de l'espace, le contrôle de la qualité de l'air et de l'eau, la surveillance de l'érosion côtière et la détection précoce des incendies. Dans le contexte du changement climatique, IRIDE donnera à la Protection civile italienne et à d'autres institutions un nouvel outil pour la reconnaissance rapide des risques – des inondations soudaines aux sécheresses prolongées.

La Grèce et ICEYE : des yeux radar pour la Méditerranée

Une autre initiative nationale qui a obtenu sa première orbite sur le même vol est le Programme national grec de petits satellites, plus précisément son segment radar sous la désignation « Axis 1.2 ». Le programme est mis en œuvre en collaboration avec l'Agence spatiale européenne, et le partenaire industriel clé est l'entreprise ICEYE, leader mondial dans le domaine de la technologie radar à synthèse d'ouverture (SAR).

La Grèce a signé avec ICEYE un contrat qui comprend le développement et le lancement de deux satellites SAR, la construction d'une ligne de production dans le pays et l'accès à la constellation mondiale ICEYE. Le programme est financé par le plan de relance national « Greece 2.0 », avec le soutien d'instruments de l'Union européenne, avant tout la Facilité pour la reprise et la résilience. L'objectif n'est pas seulement l'acquisition de satellites, mais aussi la construction d'une industrie spatiale nationale durable – des emplois de haute technologie à l'infrastructure de recherche.

Les satellites radar de ce programme joueront un rôle clé dans la surveillance des catastrophes naturelles, en particulier les inondations, les incendies et les tremblements de terre, dans la surveillance du trafic maritime et des activités illégales en mer, ainsi que dans le contrôle des infrastructures critiques. Puisque la technologie SAR peut « voir » à travers les nuages et imager aussi la nuit, les données de la constellation ICEYE seront un ajout précieux aux informations que fournissent les missions optiques comme IRIDE ou les missions passives comme HydroGNSS.

Architecture européenne d'observation de la Terre : assembler la mosaïque

HydroGNSS, IRIDE et le programme radar grec ne sont pas des projets isolés, mais des parties d'une architecture européenne d'observation de la Terre plus large. Alors que le programme Copernicus avec sa flotte de Sentinelles assure des données mondiales et opérationnelles pour de nombreuses applications, les nouveaux satellites nationaux et thématiques comblent les lacunes, apportent des données spécialisées et peuvent réagir plus rapidement aux besoins spécifiques des États membres.

HydroGNSS a ici un rôle particulièrement intéressant. D'un côté, il s'agit d'un projet relativement petit et financièrement efficace, mais de l'autre, les données qu'il collectera entrent directement au cœur de l'agenda climatique mondial : l'eau, l'énergie et le carbone. Si l'on compare le coût de la mission avec les bénéfices potentiels – de meilleures prévisions des inondations et des sécheresses à un suivi plus précis des émissions de méthane et du carbone stocké dans les forêts – il est clair pourquoi l'ESA pousse de plus en plus le concept de missions rapides et focalisées.

Au sens pratique, les données d'HydroGNSS pourraient être intégrées dans un délai relativement court dans les systèmes d'information existants qu'utilisent les services météorologiques et hydrométéorologiques nationaux, les agences de gestion de l'eau et les institutions chargées de la protection civile et de la gestion des catastrophes. Grâce aux politiques de données ouvertes et à la collaboration avec des initiatives internationales, comme l'Organisation météorologique mondiale (OMM) et le GCOS, la mission a le potentiel de devenir une source de référence mondiale pour les variables hydrologiques qu'il était jusqu'à présent difficile de surveiller avec une résolution spatiale et temporelle suffisante.

De même, les programmes nationaux IRIDE et le segment SAR grec montrent comment les instruments de la Facilité pour la reprise et la résilience peuvent être utilisés non seulement pour la relance économique à court terme, mais aussi pour des investissements stratégiques dans l'infrastructure spatiale qui généreront des données et des connaissances pendant des décennies. Dans ce contexte, Transporter-15 n'était pas juste un autre vol rideshare commercial, mais un symbole d'une nouvelle phase dans laquelle les États européens et l'ESA utilisent les outils disponibles pour accélérer leur propre écosystème spatial et répondre simultanément au plus grand défi de notre temps – la crise climatique.