| Organisation |  NASA |
|---|---|
| Constructeur | Orbital Sciences |
| Programme | Earth Observing System (EOS) |
| Domaine | Cartographie dudioxyde de carbone terrestre |
| Statut | Opérationnel |
| Autres noms | OCO, OCO-2 |
| Lancement | 2 juillet 2014 à 09 h 56 TU |
| Lanceur | Delta II 7320-10C |
| Durée | 2 ans (mission primaire) |
| Identifiant COSPAR | 2014-035A |
| Site | oco.jpl.nasa.gov |
| Masse au lancement | 450 kg |
|---|---|
| Contrôle d'attitude | Stabilisé sur 3 axes |
| Source d'énergie | Panneaux solaires |
| Orbite | Polaire |
|---|---|
| Altitude | 700 km |
| Inclinaison | 98,22° |
| X | Spectromètres |
|---|
L'Orbiting Carbon Observatory (OCO) est unsatellite de télédétection de laNASA quimesure la quantité de dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère terrestre. Cette mission spatiale fait partie du programmeEarth Observing System qui regroupe un ensemble de satellites de la NASA chargés de collecter, sur de longues périodes, des données sur la surface de la Terre, labiosphère, l'atmosphère terrestre et lesocéans de laTerre. Le premier exemplaire du satellite est perdu au cours de son lancement le. Le, un second exemplaire du satellite, baptisé OCO-2, est placé en orbite avec succès.
Le satellite OCO-2 relève la distribution géographique des sources dedioxyde de carbone et despuits de carbone naturels à une échelle régionale[1]. Les données recueillies améliorent la compréhension ducycle du carbone, des processus naturels et les activités humaines qui contribuent à modifier l'abondance et la distribution géographique desgaz à effet de serre. Cette modélisation améliorée permet en retour de réaliser des prévisions plus fiables de l'évolution de la quantité et de la distribution géographique du dioxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre et l'incidence de ces modifications sur leclimat de laTerre.
Durant la mission d'une durée de 2 ans, le satellite est placé sur une orbite polaire de 700 km d'altitude de manière à pouvoir observer pratiquement l'ensemble de la surface de la Terre tous les 16 jours. Il vole en formation avec leA-train, une série de satellites destinés à l'observation de l'atmosphère terrestre. Cette configuration permet aux scientifiques de corréler les mesures effectués par les différents satellites. Les scientifiques exploitant les données de OCO doivent notamment utiliser les mesures effectuées par l'instrumentAtmospheric Infrared Sounder (en) (AIRS) placé sur le satelliteAqua du A-train.
Le satellite utilise uneplateforme LeoStar-2 deOrbital Sciences qui est déjà mise en œuvre pour les missionsSORCE etGALEX. La structure du satellite est enaluminium ; il a la forme d'un hexagone de 1 mètre de large et de 2 mètres de long. Deuxpanneaux solaires orientables d'une envergure de 3 mètres sont attachés de part et d'autre du corps du satellite. La masse totale est d'environ 450 kg[2].
Le satellite comporte un seul instrument qui doit permettre d'effectuer la mesure la plus précise jamais faite du dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère terrestre. Cet instrument est composé de troisspectromètres à haute résolution placés en parallèle alimentés par untélescope commun. Les spectromètres effectuent des mesures simultanées de l'absorption de la lumière solaire par le dioxyde de carbone et l'oxygène moléculaire dans le procheinfrarouge : lorsque la lumière dusoleil après avoir traversé l'atmosphère terrestre est réfléchie par la Terre, les molécules des gaz présents dans l'atmosphère absorbent certaines des longueurs d'onde. Lespectre visible qui en résulte est incomplet et la position de ces trous reflète la nature des gaz traversés. Chacun des spectromètres effectue sa mesure sur une gamme de longueurs d'onde donnée. En mesurant de manière fine la quantité de lumière absorbée pour les longueurs d'onde caractérisant le dioxyde de carbone, OCO permet de calculer avec une très grande précision le nombre de molécules présentes le long du chemin parcouru par le rayon lumineux depuis la limite supérieure de l'atmosphère jusqu'au sol. Pour prendre en compte la grande vitesse de déplacement du satellite, combiné au fait que les concentrations de CO2 varient d'un lieu à l'autre, les mesures sont effectuées 3 fois par seconde[3].
La mission, qui coûte initialement 280 millions dedollars américains[4], fait partie du programme Pathfinder de laNASA consacré aux sciences du système terrestre[5] et est gérée par leJet Propulsion Laboratory àPasadena enCalifornie.
Un premier exemplaire du satellite (OCO-1) est perdu au cours de son lancement, le, à la suite de l'échec de la séparation de lacoiffe dulanceurTaurus[6] chargé de le placer sur orbite, dû à des pièces défectueuses fournies par le fabricant Sapa Profiles Inc. qui a fraudé sur la qualité de ses produits[7].
En, le Congrès américain alloue 50 millions de dollars américains pour faire construire une copie du satellite perdu. La construction du nouveau satellite, baptisé OCO-2, débute en. En juillet, la NASA décide d'utiliser les trois derniers lanceursDelta II en stock dont la construction est arrêtée. Le satellite OCO-2 est placé en orbite le par un lanceur Delta II 7320-10C tiré depuis labase de lancement de Vandenberg[8].
Comme son nom l'indique, ce satellite est unObservatoire du carbone en orbite, or lecarbone est devenu un enjeu majeur pour le climat, l'énergie et labiodiversité, et donc pour l'humanité.
OCO-2 dispose d'une couverture mondiale et survole le même point tous les 16 jours[9] depuis2014, apportant une quantité croissante de données àhaute résolution spectrale sur le CO2 atmosphérique. Leurs précision, résolution géographique (échelle régionale) et couverture n'ont jamais été atteintes jusqu'alors. Cette précision est suffisante pour affiner de nombreuses modélisations, en caractérisant plus fidèlement les sources et les cycles saisonniers du carbone. Il doit ainsi permettre d'éclairer l'étude des grands flux dedioxyde de carbone (CO2) entre lesocéans, l'atmosphère et labiosphère grâce aux premières séries exploitables de données publiées (après contrôle de qualité) à partir de l'automne 2017.
Lelidar permet depuis la fin duXXe siècle, et permet encore de mieux comprendre les variations chimiques etthermohygrométriques dans la colonne atmosphérique, mais très ponctuellement et souvent seulement dans le temps d'une campagne d'étude.
Pour le carbone, lacourbe de Keeling (série temporelle détaillée du taux de CO2 dans l'air depuis1958) a beaucoup aidé à comprendre et tenter de maîtriser lechangement climatique, mais elle nécessite un travail fastidieux de collecte d'échantillons et d'analyses de précision dans quelques laboratoires spécialisés, et elle ne dit rien des variations régionales (ou sur de courtes périodes de temps (jours, semaines) à ces échelles.
Lesparties prenantes intéressées par les études du climat espèrent depuis plusieurs décennies une visualisation par satellite, si possible en temps réel, desgaz à effet de serre et despuits de carbone, ainsi que des variations locales et saisonnières de teneurs (au moins pour le CO2 et leméthane), y compris pour l'océan qui joue une importance majeure pour le climat, afin notamment de détecter en temps réel des anomalies.
En2017, la missionOrbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) est un premier pas vers unemesure spectrale du CO2 atmosphérique à échelles régionales (par grandsbiomes pour les biomes de taille suffisantes). Du à l'automne 2017, OCO-2 produit environ 2 millions d'estimations par mois de la fraction molaire de l'air sec en colonne (image embarquée), chaque image faisant l'objet d'un contrôle de qualité, avec une résolution spatiale inférieure à 3 km2 par « coup de sonde »[10]. Les variations saisonnières du CO2 dans l'hémisphère Nord (augmentation en hiver et diminution rapide en saison de végétation sont beaucoup plus précises[10], de même que l'évaluation des différentes entre régions à dominantes désertiques, humides, sèches, forestières, de grandes cultures, urbaines et régions industrielles[10] (les zones urbaines/industrielles correspondant géographiquement à plus de 70 % des émissions anthropiques[11]). Ceci ouvre la possibilité d'études beaucoup plus pointues des causes et localisations de variations des taux de CO2 atmosphérique à diverses échelles spatiotemporelles[12].
En outre, les capteurs du satellite renseignent sur la croissance de labiomasse végétale (via une mesure defluorescence induite par le soleil ou SIF pourSolar-induced chlorophyll fluorescence qui est un indice dephotosynthèse)[13]. C'est un indicateur précieux pour suivre les processus biologiques de puits de carbone et productivité des écosystèmes, agrosystèmes et de la forêt cultivée[10], ces données présentant aussi un grand intérêt pour l'agriculture, lasylviculture, lespêcheries, l'écologie du paysage, etc., et il est ici fourni avec une précision inégalée en termes de résolution spatiale, d'acquisition des données et de précision de la récupération[13].
Avec une résolution spatiale d'environ 2,25 km pour les émissions de CO2, le satellite OCO-2 est très loin d'approcher la précision de mesures faitesin situ, mais il a une couverture mondiale et une résolution suffisante pour détecter les effets d'unvolcan (p. ex. : ce satellite détecte des panaches constants de CO2 isolés émis par les volcansYasur,Ambrym etAmbae (Vanuatu) corrélés aux panaches dedioxyde de soufre avec des effets sur le taux d'Ozone Mapping déjà suivis par laNASA)[11]; Selon une modélisation des émissions de O2 du volcanYasur, compatible avec les données captées par OCO-2, son panache emporte 41,6 ± 19,7 kilotonnes de CO2 émis par jour (soit 15,2 ± 7,2 mégatonnes/an, l'équivalent du cumul des émissions d'environ 70 centrales thermiques alimentées par descombustibles fossiles et émettant chacune plus de 15 mégatonnes de CO2/an[11].
OCO-2 peut aussi mettre en évidence les grandes variations d'émissions au sein d'unemégalopole selon sa géographie socioéconomique et le vent (testé surLos Angeles où le satellite confirme que le dôme de pollution par le CO2 ne s'atténue au niveau rural qu'à plus de 100 km du centre-ville, avec des variations saisonnières et nocturnes/diurnes significatives[11]), et même pour contribuer à la vérification des données publiées par les États ou certaines grandes industries ou par lescentrales électriques aucharbon,fioul ougaz et/ou valorisant labiomasse (énergie) quant à leurs émissions de CO2. Il montre ainsi rapidement que les émissions de carbone augmentent encore significativement en 2015 (par rapport à 2011) en Afrique, enAmérique du Sud et en Asie du Sud-Est (où les pays riches ont transféré une grande partie de leur production industrielle)[10], tout en mettant déjà en évidence des variations contrastées des réponses du cycle du carbone en région tropicale (face àEl Niño, auxsécheresses, auxgrands feux de forêt, etc.)[14]. Les groupes de sources ponctuelles de CO2 urbain fusionnent et ne peuvent être différentiées par l'imagerie satellitaire mais d'importantes sources ponctuelles isolées (p. ex. centrales électriques, usines métallurgiques, papeteries ou cimenteries isolées) ou des phénomènes tels que grands feux de forêt ou dégazage continu d'un volcan en activité sont des sources qui créent de grandspanaches de pollution pouvant être localisés (puis corrélés à d'éventuels effets climatiques ou écologiques)[11].
En, un numéro de larevue Science commence à présenter (en plusieurs articles) les résultats de OCO-2 (sur terre et en mer) ; détection d’émissions ponctuelles de CO2 ; variations de CO2 liées à El Niño ; évaluation de la production végétale primaire brute…[12].
Ces travaux montrent notamment que dans lesannées 2010, près d'un quart du CO2 anthropique est absorbé par l'océan (en l'acidifiant) et un autre quart est absorbé par les sols et écosystèmes terrestres, mais les lieux et processus depuits de carbone restent mal cernés en particulier concernant les parts respectives desforêts tempérées,tropicales etéquatoriales,eurasiennes notamment (certains auteurs comme Baccini & al. (2017) estiment même (à partir des donnéesMODIS qu'une partie importante de ces régions est actuellement source nette et importante de CO2 en raison de la déforestation, des incendies[15], et que cela pourrait empirer avec un risque croissant de sécheresses,dégradation des sols et feux de forêt). Il y a au moins consensus sur le fait que ces puits varient quantitativement beaucoup selon les années[10]. OCO-2 va permettre de préciser le rôle et la part et l'efficacité des différents puits planétaires et donc d'améliorer la prospective climatique et les possibilités de correction et d'adaptation.
En combinant les données de OCO-2 avec d'autres données satellitaires et au sol, on peut aussi déjà préciser les liens entre le cycle régional du carbone et le climat, et la réponse des taux de CO2 dans l'atmosphère tropicale lors de l'événement El Niño 2015-2016[10], le second plus « fort » depuis1950[14],[9] (alors que presque tous les modèles d'émission prévoient qu'El Niño doit être plus fréquent dans le futur)[14].
OCO-2 permet de montrer que l'anomalie climatique de 2015 (année plus chaude et plus sèche) induit une réponse de labiosphère pantropicale hétérogène selon les zones géographiques, mais similaire pour chaque continent tropical et correspondant à un bilan global de 2,5 ± 0,34 gigatonnes de plus (de CO2 émis dans l'atmosphère) qu'en 2011[14]. Ce travail confirme aussi que la majeure partie des émissions de carbone en excès en 2015 est due (ou associée)« à des précipitations extrêmement faibles ou à des températures élevées, ou les deux »[14], ce qui laisse supposer que le rôle tampon des écosystèmes tropicaux vis-à-vis du climat mondial risque de se réduire voire de disparaître[14].
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| La première date est celle du lancement du lancement (du premier lancement s'il y a plusieurs exemplaires). Lorsqu'elle existe la deuxième date indique la date de lancement du dernier exemplaire. Si d'autres exemplaires doivent lancés la deuxième date est remplacée par un -. Pour les engins spatiaux autres que les lanceurs les dates de fin de mission ne sont jamais fournies. | |||||||||||||||||
