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Comment ces satellites européens ont été détournés pour chasser le plastique dans les océans

Les usages des quelques 2 600 satellites qui orbitent autour de la Terre sont multiples : GPS, téléphonie, météorologie, etc. Les données récoltées peuvent également servir un but environnemental comme le montre cette étude parue dans Nature. Lauren Biermann, une chercheuse britannique du Plymouth Marine Laboratory, s'est servi des données récoltées par les satellites Sentinel-2, lancés par l'Agence spatiale européenne en 2015 pour le premier et en 2017 pour le second. Grâce à ces données, elle a pu identifier des petits morceaux de plastique flottant dans les océans.

« Nous sommes les premiers à faire ceci, assure la chercheuse. D'abord, nous avons montré que le plastique est détectable par l'imagerie satellite, et ensuite que ces petits débris peuvent être distingués des autres corps trouvables dans la mer. »

Un imageur toulousain détourné de son usage

Il faut dire que ce plastique pose un sérieux problème environnemental : chaque année ce sont plusieurs millions de tonnes qui se retrouvent dans l'océan. Des débris difficiles à repérer, car ils se désagrègent petit à petit pour former des morceaux parfois de quelques millimètres à peine, certains flottant à la surface et d'autres se retrouvant au fond de la mer. Seulement, pour repérer les débris flottants, il ne suffit pas de faire passer un satellite au-dessus de l'eau pour ensuite scruter les photos à la loupe. C'est un peu plus compliqué que ça, et c'est là qu'entre en jeu un instrument de Sentinel-2 développé en France, à Toulouse plus précisément, chez Airbus Defence and Space : le MSI. Cet instrument d'optique peut observer le sol sur plusieurs bandes spectrales allant du visible au proche infrarouge. Et c'est justement cette caractéristique peu habituelle qui a guidé le choix de cet appareil pour cette étude.

Vincent Chorvalli est le chef de projet de MSI chez Airbus Defence and Space. Il explique à Numerama : « La plupart des satellites ont des bandes qui vont uniquement dans le visible, mais ici nous en avons trois supplémentaires qui s'approchent de l'infrarouge. Le but premier des scientifiques lors de la conception était de pouvoir observer les nuages même fins qui pouvaient altérer les données. »

Pourtant, la mission de ces satellites Sentinel-2 n'était pas forcément de scruter les océans. Au contraire, ils sont surtout dédiés à l'observation des sols, et plus particulièrement de la végétation afin de recenser les zones victimes de la sécheresse. L'imageur MSI est donc calibré avant tout pour bien observer les nuances de vert. Mais le fait que ces bandes proches de l'infrarouge aient été ajoutées change tout pour Lauren Biermann. Dans l'étude, elle décrit comment elle a pu observer le tout sous différentes longueurs d'onde pour différencier le plastique des algues, du bois ou même de l'écume.  La signature spectrale de chacun de ces objets n'est pas la même et c'est grâce aux nombreuses bandes de MSI que ces résultats ont été rendus possibles.

L'autre caractéristique de ces satellites qui a provoqué un vif intérêt c'est la qualité d'image. Comme le but premier est d'étudier la végétation, il est doté d'une très bonne résolution qui rend les plus petits objets discernables. Ce qui n'est pas le cas d'une autre gamme de Satellite, les Sentinel-3 dédiés à l'observation des océans, mais avec un zoom beaucoup moins performant, car son but n'est pas de chercher de petits détails.

Et puis un dernier point n'est pas à négliger : le taux de revisite, c'est-à-dire la fréquence à laquelle les satellites reviennent à un point déjà observé. Pour la flotte des Sentinel-2 il est de cinq jours. C'est-à-dire qu'un endroit photographié le lundi le sera à nouveau le vendredi. Idéal pour voir l'évolution d'une situation sur un temps court et savoir si le plastique détecté a bougé.

À la recherche des pixels brillants

Mais comment faire pour chercher ce fameux plastique ? Eh bien l'équipe de Lauren Biermann a scruté plusieurs zones côtières pour tester la méthode. Au Ghana, au Vietnam, au Canada et en Écosse, à chaque fois, ils ont découvert une signature spectrale correspondant au plastique. Ce qui se traduit très concrètement par l'apparition de pixels plus brillants sur les images une fois la bonne longueur d'onde choisie. 

Le plastique est donc repérable ,mais le plus important est dans la prochaine étape : créer un programme qui détecte automatiquement la présence de plastique et comparer avec des observations in situ pour être sûr que l'intelligence artificielle ne se trompe pas. Et les résultats sont là puisque selon les auteurs, leur système fonctionne à 86 %. Cela signifie qu'il n'y avait que 14 % de faux positifs dans leurs observations.

La mission est donc un succès, des morceaux de plastiques jusqu'à 5 millimètres ont pu être détectés et, grâce à un algorithme, identifiés automatiquement sur les images. Le tout avec une méthode relativement simple, et c'était justement tout l'esprit de l'étude pour Lauren Biermann: « Nous voulions que la technique soit reproductible pour les drones et pour d'autres satellites. Pour l'instant, la détection seule ne suffit pas il faut des vérifications sur place et surtout agir vite pour récupérer ce plastique, car il bouge rapidement. »

De plus, la méthode n'est pas encore parfaite reconnaît la chercheuse : « Nous repérons plus difficilement le plastique dans les eaux troubles ou agitées. Il peut également y avoir des perturbations atmosphériques qui nous empêchent de bien voir ce qu'il y a en dessous. La méthode a besoin d'être améliorée. » L'autre moyen de faire avancer ce travail serait de multiplier les vérifications sur place, mais pour ça il faut de l'argent. L'équipe a déposé une demande de fonds supplémentaires l'année dernière et espère qu'elle sera validée.

En tout cas, cette équipe ainsi que les autres équipes qui voudraient travailler sur des problématiques similaires pourront se servir des données récoltées par les Sentinel-2 pour la bonne et simple raison qu'elles sont gratuites et ouvertes à tous. « C'est l'esprit du programme Copernicus, précise Vincent Chorvalli. Créer de la valeur par le partage et cette étude illustre parfaitement ce principe. »

Ce programme c'est un ensemble de projets comprenant le déploiement de satellites ainsi que des mesures au sol. Il est piloté par l'Union européenne à travers l'ESA (l'Agence spatiale européenne), et les chercheurs du monde entier peuvent en bénéficier. Les satellites Sentinel-2 scrutent la végétation, les Sentinel-3 s'intéressent aux courants marins, mais on attend dans les années qui viennent les Sentinel 4 et 5 dédiées aux observations atmosphériques. Tout un programme tourné essentiellement autour de l'écologie. C'est pourquoi les chercheurs sont autorisés comme l'a fait Lauren Biermann à « détourner » l'usage premier des appareils afin de servir leurs propres recherches. Et ce système d'Open-Access encourage d'autres équipes à en faire autant et à apporter leur pierre à l'édifice.

Mais sur ce sujet précis, est-ce la solution pour mettre fin à la pollution plastique dans les océans ? Pour Lauren Biermann la réponse est catégoriquement non. « Nous pouvons réduire la pollution grâce aux comportements individuels et à la responsabilisation, mais ce n'est pas suffisant. Il faudrait aller à la source et limiter la production elle-même, ce qui passe par une législation ferme de la part des pays producteurs : les États-Unis et l'Europe. » En clair ce n'est pas aux satellites de faire tout le travail.