MIT : Plus d'yeux dans le ciel révèlent à quel point les traînées de condensation des avions réchauffent la planète
Un nouvel article de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ouvre un chapitre important dans le débat sur l'impact climatique du transport aérien. En analysant des images satellites, les scientifiques ont montré que les satellites en orbite géostationnaire, sur lesquels nous comptons le plus aujourd'hui, manquent environ 80 % des traînées de condensation (contrails) qui sont visibles depuis des satellites plus précis en orbite terrestre basse. La conclusion est claire : sans « plus d'yeux dans le ciel », il est difficile d'estimer avec précision à quel point l'aviation réchauffe réellement l'atmosphère – et comment nous pouvons réduire rapidement cet effet.
Les traînées de condensation se forment lorsque les gaz d'échappement chauds des moteurs à réaction rencontrent des couches d'air froides et humides. Les cristaux de glace qui se créent alors forment de fines bandes blanches derrière l'avion, et dans des conditions atmosphériques favorables, ces bandes peuvent se transformer en larges nuages durables qui couvrent de vastes zones du ciel pendant des heures. Bien qu'elles semblent inoffensives à première vue, des analyses scientifiques récentes montrent que les traînées de condensation pourraient être responsables d'environ la moitié de l'impact climatique total de l'aviation, comparable à l'impact des émissions de CO2 du même secteur.
Au moment où l'Europe et le reste du monde augmentent la pression pour décarboner le transport aérien, l'étude du MIT arrive à la fois comme un avertissement et une opportunité : si nous voulons appliquer sérieusement des stratégies pour éviter les traînées les plus nocives pour le climat, nous devons d'abord savoir combien il y en a, où elles se forment et combien de temps elles durent. Et pour cela, il s'avère que nous ne pouvons plus compter sur un seul type de satellite.
Les traînées de condensation comme émission cachée de l'aviation
L'impact climatique de l'aviation a longtemps été identifié presque exclusivement aux émissions de dioxyde de carbone. Cependant, au cours des dix dernières années, un consensus scientifique croissant émerge sur le fait que les effets non-CO2 – avant tout les traînées de condensation et les nuages nés de leur évolution – peuvent avoir une contribution tout aussi importante, et sur un horizon temporel plus court même plus grande, au réchauffement de la planète que le CO2 lui-même. Les analyses des organisations internationales de transport aérien estiment que l'effet radiatif des contrails est comparable en ampleur aux effets des émissions de CO2 de l'aviation.
Le problème clé est que toutes les traînées de condensation ne sont pas égales. Beaucoup se dissipent en quelques minutes et ont un effet limité ou même légèrement rafraîchissant car elles réfléchissent une partie de l'énergie solaire vers l'espace. D'autres, en particulier celles qui se forment dans des conditions nocturnes et hivernales, peuvent persister pendant des heures et agir comme une couverture thermique qui emprisonne le rayonnement à ondes longues de la surface de la planète. Des travaux scientifiques indiquent qu'un nombre relativement faible de vols – à peine quelques pour cent – génère la majorité de l'effet de réchauffement total des traînées, tandis que la plupart des traînées ont un impact beaucoup plus faible sur le climat.
C'est pourquoi l'évitement des contrails est de plus en plus mentionné comme une « victoire rapide » dans la politique climatique de l'aviation. Les estimations montrent qu'un déroutement optimisé d'un très petit nombre de vols à travers quelques centaines de mètres d'altitude de vol différente pourrait réduire de moitié le réchauffement climatique causé par les traînées, avec seulement une augmentation marginale de la consommation de carburant et du coût par billet. Mais pour que de telles mesures soient efficaces, il est nécessaire d'identifier de manière fiable les zones de l'atmosphère où des traînées persistantes et les plus nocives pour le climat se formeront. C'est là que les satellites entrent en scène.
Pourquoi les satellites sont essentiels pour la « prévision des contrails »
La plupart des recherches antérieures sur les traînées de condensation s'appuyaient sur des images de satellites géostationnaires. Ces satellites « stationnent » au-dessus du même point de la Terre à une altitude d'environ 36 000 kilomètres et enregistrent en continu une vaste zone, avec une nouvelle image toutes les quelques minutes. En pratique, cela signifie que les services météorologiques, les autorités aéronautiques et les chercheurs reçoivent une image continue de l'évolution des nuages, des tempêtes et des nuages de glace d'altitude, parmi lesquels figurent les traînées développées.
Cependant, une telle couverture spatiale et temporelle a un prix – une résolution limitée. Étant donné la distance des satellites géostationnaires, certains pixels de l'image peuvent représenter plusieurs kilomètres au sol. C'est suffisant pour voir clairement les grandes traînées étalées et les structures nuageuses, mais pas les phases les plus précoces de la formation des contrails, lorsque les traînées sont encore courtes et fines, précisément au moment où elles sortent des moteurs du jet de l'avion.
D'un autre côté, les satellites en orbite terrestre basse (LEO) – comme ceux équipés de l'instrument VIIRS – orbitent à des altitudes de quelques centaines de kilomètres et survolent la Terre en bandes étroites. Leurs images ont une résolution spatiale nettement plus fine et peuvent discerner des structures beaucoup plus fines et plus courtes dans l'atmosphère. Cependant, les satellites LEO ne survolent la même partie de la Terre qu'une ou quelques fois par jour, ce qui signifie qu'ils ne fournissent pas une surveillance continue de l'évolution des nuages et des traînées minute par minute.
En pratique, les satellites géostationnaires se sont imposés comme les « chevaux de trait » du système de détection des traînées de condensation. C'est sur eux que reposent de nombreux projets de recherche, ainsi que des algorithmes expérimentaux qui tentent de prédire en temps réel où apparaîtront des traînées persistantes. Les chercheurs du MIT ont décidé de tester à quel point cette image est complète – et ce que nous manquons lorsque nous ne prenons en compte que les images géostationnaires.
Ce qu'a montré la comparaison MIT des images GEO et LEO
Dans un nouvel article publié dans la revue Geophysical Research Letters, une équipe du département d'aéronautique et d'astronautique du MIT a comparé deux principaux types d'observations satellites des traînées de condensation. Comme représentant de la plateforme géostationnaire, ils ont pris l'instrument Advanced Baseline Imager (ABI) sur l'un des satellites météorologiques américains, tandis qu'ils ont utilisé l'instrument Visible Infrared Radiometer Suite (VIIRS) de plusieurs satellites en orbite basse comme référence haute résolution.
Les chercheurs ont choisi pour chaque mois de décembre 2023 à novembre 2024 une image de la partie continentale des États-Unis enregistrée par l'instrument VIIRS. Ensuite, ils ont trouvé les images correspondantes les plus proches dans le temps de la même zone provenant de l'ABI géostationnaire. Toutes les images étaient dans le spectre infrarouge et affichées en fausses couleurs afin de faire ressortir plus facilement les fines structures de glace correspondant aux traînées de condensation, de jour comme de nuit.
Un travail manuel fastidieux a suivi : les scientifiques ont, pour chaque image, fouillé manuellement le cadre, zoomé sur certaines parties et marqué chaque contrail clairement visible. Ils ont ensuite comparé combien de ces traînées étaient reconnaissables sur les images géostationnaires et combien n'étaient visibles que sur les images LEO haute résolution.
Le résultat a été étonnamment univoque. Sur les images du satellite géostationnaire, en moyenne environ 80 % des traînées qui étaient clairement discernables sur les images LEO n'étaient pas visibles. Les instruments GEO « captent » beaucoup mieux les traînées de condensation longues, larges et développées, tandis que le VIIRS et les capteurs LEO similaires révèlent également tout un spectre de traînées plus courtes, plus fines et plus « jeunes » qui viennent de sortir des moteurs d'avion ou qui viennent tout juste de commencer à s'étaler.
Les auteurs soulignent que cela ne signifie pas que 80 % de l'impact climatique des contrails est invisible depuis l'orbite terrestre. Les grandes traînées durables que les satellites géostationnaires enregistrent malgré tout sont probablement responsables de la majeure partie du réchauffement total car elles restent plus longtemps dans l'atmosphère et couvrent des surfaces plus grandes. Mais en même temps, le fait que la vaste majorité des traînées ne soit pas du tout vue dans les produits géostationnaires standards signifie que les modèles qui s'appuient uniquement sur les données GEO donnent nécessairement une image incomplète.
L'équipe du MIT conclut donc que, particulièrement dans le contexte des futures politiques publiques et des obligations potentielles d'évitement des contrails pour les compagnies aériennes, nous ne devrions pas nous appuyer sur un seul instrument ou une seule configuration orbitale. Ce n'est qu'en combinant les données des satellites géostationnaires et en orbite basse, en complément des observations au sol, qu'il est possible d'obtenir des statistiques crédibles sur où, quand et à quelle fréquence se forment les traînées de condensation pertinentes pour le climat.
Du laboratoire au contrôle aérien : peut-on éviter les contrails en pratique ?
L'idée que les pilotes, à l'aide de nouvelles prévisions météorologiques et d'analyses satellites, pourraient ajuster l'altitude de vol pour éviter les zones propices à la formation de traînées persistantes n'est plus de la pure théorie. Au cours des dernières années, de nombreux vols d'essai ont été effectués en Europe et en Amérique du Nord au cours desquels des compagnies aériennes, des instituts de recherche et le contrôle aérien ont testé des « détours » opérationnels pour réduire la formation des traînées les plus nocives.
Les études montrent qu'un petit nombre de changements de trajectoire ciblés – souvent sur seulement quelques pour cent de tous les vols – peut entraîner une réduction substantielle de l'impact climatique des contrails. Une partie des recherches suggère qu'environ 3 % des vols mondiaux créent approximativement 80 % du réchauffement total lié aux traînées de condensation. Si les couches atmosphériques dans lesquelles se formeront des traînées persistantes et optiquement épaisses sont identifiées à l'avance pour ces vols et que les vols sont déroutés de quelques centaines de mètres au-dessus ou en dessous de ces couches, il est possible d'éliminer plus de la moitié de cet effet avec une augmentation globale de la consommation de carburant de moins d'un pour cent.
L'Agence européenne de la sécurité aérienne et des centres de recherche comme le Maastricht Upper Area Control Centre (MUAC) d'EUROCONTROL testent déjà comment intégrer de telles solutions dans le travail quotidien des contrôleurs et des planificateurs de vol. Les défis clés sont la fiabilité des prévisions, la charge de l'espace aérien et la disponibilité des données en temps réel. Ici, l'analyse du MIT s'insère comme un rappel important que la qualité de la prévision de l'évitement des contrails ne peut être évaluée sans une compréhension détaillée des limites des capteurs satellites eux-mêmes.
Pour l'instant, les projets pilotes combinent principalement des modèles météorologiques, des images satellites historiques et des vérifications pendant le vol même, et les résultats sont comparés rétrospectivement avec les observations satellites pour voir si un vol particulier a réellement produit moins de traînées persistantes. Si parallèlement une partie de ces traînées reste invisible pour les satellites géostationnaires, il existe un risque que l'efficacité des mesures soit surestimée ou sous-estimée, selon la partie des statistiques qui est ignorée.
L'Europe annonce le suivi des effets non-CO2 du transport aérien
Pendant ce soit, le cadre politique en Europe change rapidement. L'Union européenne a commencé à partir de 2025 à introduire l'obligation de suivi et de rapport sur les effets non-CO2 du transport aérien, y compris les traînées de condensation, pour les vols au sein de l'Union. Le plan est d'étendre une telle surveillance aux vols internationaux dans la seconde moitié de la décennie. L'objectif est que lors de l'évaluation de l'empreinte climatique des transporteurs aériens, on ne prenne plus seulement en compte les émissions de dioxyde de carbone, mais aussi les effets à court terme mais intenses comme les contrails.
Parallèlement aux initiatives européennes, une discussion est menée au niveau de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) sur la manière de mieux intégrer les effets non-CO2 dans le système existant de mécanismes de marché et de normes, comme le schéma mondial CORSIA. Bien qu'il n'existe pas pour l'instant de cadre mondial contraignant pour les contrails, la pression de la communauté scientifique et de la société civile pour inclure cet aspect dans les plans nationaux pour le climat est de plus en plus forte, surtout après de nouvelles études montrant que les traînées de condensation sont l'un des principaux moteurs du coût climatique total de l'aviation.
La recherche du MIT s'inscrit dans cette tendance comme une contribution très concrète – elle montre que même « l'image du ciel » sur laquelle nous construisons les politiques est encore incomplète. Si à l'avenir, par exemple, le paiement de redevances supplémentaires est introduit pour les vols entrant dans des zones à forte probabilité de formation de traînées persistantes, il sera extrêmement important pour les régulateurs de savoir à quel point les systèmes de détection qu'ils utilisent sont précis.
Plus de capteurs, des données ouvertes et de la place pour l'intelligence artificielle
Les auteurs de l'étude du MIT préconisent donc une approche combinant satellites géostationnaires et LEO avec des réseaux de caméras au sol. Dans des conditions idéales, des caméras terrestres réparties autour des grands couloirs aériens peuvent repérer en temps réel le moment de la formation des contrails et le relier à un vol concret et à son altitude. Ensuite, la même traînée peut être suivie dans les heures suivantes à l'aide des satellites géostationnaires afin de reconstruire son « cycle de vie » – du mince jet derrière le moteur au nuage étalé de cristaux de glace.
Une telle approche ouvre la voie au développement de modèles nettement plus précis qui pourraient prévoir où se créeront dans les prochaines heures les traînées persistantes les plus pertinentes pour le climat. En arrière-plan se trouve une quantité énorme de données : il existe déjà aujourd'hui des ensembles de données de contrails identifiés manuellement sur des images satellites, destinés précisément à l'entraînement des algorithmes d'apprentissage automatique. Lorsque ces ensembles de données sont reliés à des informations détaillées sur les vols et les conditions atmosphériques, il est possible de développer des modèles qui avertissent en temps réel les planificateurs de vol et le contrôle aérien des zones de risque accru.
Le rôle des satellites géostationnaires ne disparaît pas pour autant – au contraire, ils restent une source clé d'observations continues qui ne peut être remplacée. Mais, comme le montrent les résultats du MIT, leurs limites doivent être clairement prises en compte : sans complément par des données provenant de satellites en orbite basse et du sol, le calcul de l'impact climatique du transport aérien risque d'être systématiquement sous-estimé ou mal réparti entre les vols et les régions.
Pour l'industrie aéronautique, qui fait déjà face à des coûts élevés de décarbonation via des carburants durables et de futures technologies bas carbone, les contrails représentent peut-être l'opportunité la plus proche pour une réduction relativement bon marché de l'empreinte climatique. Mais l'équipe du MIT prévient qu'il serait prématuré d'introduire de larges obligations opérationnelles d'évitement des contrails sans base scientifique solide et outils de suivi fiables. Comme le soulignent les auteurs, ce n'est qu'en combinant différents capteurs, des prévisions météorologiques précises et une vérification systématique des résultats qu'il est possible de développer des stratégies qui réduiront réellement le réchauffement, et pas seulement déplaceront le problème d'une partie du ciel à une autre.
À long terme, le succès de telles approches dépendra non seulement des progrès de la technologie satellite, mais aussi de la volonté politique d'introduire réellement de nouveaux outils dans la pratique opérationnelle. Alors que le nombre de vols continue de croître et que les objectifs climatiques deviennent plus stricts, la question des traînées de condensation passe lentement des articles scientifiques au centre du débat sur l'avenir du transport aérien. Savoir si « plus d'yeux dans le ciel » deviendra aussi plus de responsabilité climatique réelle est désormais avant tout une question de choix pour les régulateurs, l'industrie et les passagers.
Sources :
- Massachusetts Institute of Technology / Mirage News – communiqué sur la recherche concernant les limites des satellites géostationnaires dans la détection des traînées de condensation (lien)
- Euchenhofer M. V. et al. – matériels scientifiques et techniques sur l'observation des contrails et les limites des satellites géostationnaires, y compris des ensembles de données de traînées identifiées manuellement (lien)
- Air Transport Action Group (ATAG) – document de synthèse sur l'impact climatique des traînées de condensation et les options opérationnelles pour leur réduction (lien)
- Transport & Environment – analyse des coûts et du potentiel d'évitement des contrails via des changements de trajectoire de vol limités (lien)
- EUROCONTROL / MUAC – article sur le développement et le test de mesures d'évitement des traînées de condensation dans l'espace aérien européen (lien)
- Chalmers University of Technology – recherche sur le coût climatique total de l'aviation et le rôle des traînées de condensation (lien)
- Financial Times – analyse de l'impact climatique du transport aérien et du rôle des contrails, incluant les plans européens pour le suivi des effets non-CO2 des vols (lien)
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