Copernicus : les données satellitaires, sources de savoir et d’innovation, au service de la société

Nouveaux rapports de force

Il y a deux ans, lorsque Jan Dirk Wegner, professeur en sciences des données à l’Université de Zurich et directeur de l’EcoVision Lab à l’ETH Zurich, évoquait Copernicus sur le blog du Conseil suisse de la science, il y était surtout question de l’importance du programme pour la recherche et ses applications. Un nouvel aspect ressort aujourd’hui de nos échanges avec Michael Schaepman et Wolfgang Wagner : l’évolution du contexte géopolitique relatif à l’observation de la Terre. La diminution des investissements étasuniens dans l’observation de la Terre à des fins civiles, par rapport à ceux de l’Europe, a modifié les rapports de force mondiaux dans ce domaine au cours des deux dernières décennies. Le rôle des infrastructures européennes apparaît aujourd’hui clairement dans la comparaison internationale.

Michael Schaepman résume la situation en ces termes :

«Aujourd’hui, c’est tout à fait incontestable : Copernicus est le meilleur programme au monde».

Wolfgang Wagner confirme ce point de vue en ajoutant :

«Au cours des quinze dernières années, l’Europe a acquis une position de leader dans le domaine de l’observation de la Terre à des fins civiles».

Deux scientifiques, deux institutions, deux domaines de spécialisation, mais un même diagnostic : quelle est l’origine de ce nouvel atout européen?

Au-delà des satellites, Copernicus constitue une infrastructure de premier plan

Lorsque l’on pense à Copernicus, on y associe en premier lieu les satellites et, éventuellement, les missions Sentinel qui gravitent autour de la Terre depuis 2014 et nous transmettent des images. Or, selon nos deux experts, cette vision est trop réductrice.

Selon eux, la véritable valeur du programme réside dans les infrastructures de recherche et de données qu’il renferme : des séries chronologiques cohérentes, des mesures standardisées, des observations coordonnées à l’échelle internationale. D’après Michael Schaepman, les données d’observation de la Terre forment aujourd’hui une infrastructure comparable aux grandes installations de recherche ou aux superordinateurs. Elles ne constituent pas seulement des flux de données, mais des bases scientifiques consolidées sur le long terme.

Wolfgang Wagner se montre encore plus explicite. Pour lui, le véritable enjeu n’est pas la collecte des données, mais ce qui vient ensuite :

«Le véritable défi ne commence qu’une fois les données collectées. Beaucoup de personnes ne comprennent pas ce signifie proposer des services de données de haute qualité. Je dois sans cesse mettre l’ensemble du corpus de données à jour selon les dernières avancées scientifiques».

En effet, le traitement des données évolue en permanence et, pour pouvoir comparer des séries de données au fil du temps, celles-ci doivent être constamment mises à jour selon les normes de traitement actuelles. Le retraitement des données historiques, le contrôle qualité sur plusieurs décennies, la mise à disposition en temps réel : autant de tâches qui n’apparaissent guère dans la perception que le grand public a de Copernicus, mais qui constituent en réalité le cœur de sa mission. Copernicus représente bien plus qu’un programme satellitaire, c’est une infrastructure globale de recherche et de données dont les satellites ne constituent que la partie visible.

Pourquoi les prestataires privés ne peuvent se substituer à Copernicus

Une question s’impose d’emblée : en matière de données satellitaires, il existe depuis longtemps des entreprises commerciales qui proposent des séries de données d’une résolution impressionnante. Pourquoi donc mettre en place un programme public?

Wolfgang Wagner y répond sans détour : les prestataires privés d’observation de la Terre fournissent souvent des données à haute résolution à des fins militaires, ou liées à la sécurité. L’observation de l’environnement et du climat suit toutefois une autre logique. Dans ce domaine, l’accent est mis sur les séries chronologiques à long terme, les étalonnages cohérents, la couverture mondiale et la comparabilité des données sur plusieurs décennies. Ces exigences diffèrent fondamentalement de celles de la reconnaissance militaire par imagerie. Les systèmes militaires ou commerciaux ne peuvent donc simplement remplacer Copernicus.

Le point faible de l’Europe n’est pas le matériel, mais son utilisation

Si, selon Wolfgang Wagner, l’Europe possède de nombreux atouts, elle doit aussi composer avec un point faible. Et celui-ci, contrairement à l’idée reçue, ne réside pas dans le matériel.

L’Europe investit avec succès dans les satellites, les capteurs et les missions, mais elle néglige clairement le traitement des données, les modèles, l’intelligence artificielle, les infrastructures de données et les services opérationnels. En d’autres termes : le matériel est excellent, mais le traitement des données est à la traîne.

Ce diagnostic amène directement une autre question, devenant de plus en plus pressante : que peut apporter l’intelligence artificielle dans ce domaine et quelles sont ses limites?

L’IA, un soutien qui ne remplace pas l’observation

Les deux scientifiques voient un potentiel considérable dans l’utilisation de l’IA pour l’observation de la Terre. Ils mettent toutefois en garde contre des attentes excessives. Michael Schaepman formule clairement la limite :

«L’IA est utile pour les analyses multifactorielles, mais elle ne remplace l’observation».

Wolfgang Wagner complète ce constat par un point de vue technique : les modèles fondés sur l’IA sont eux aussi tributaires de données fiables pour fonctionner.

«Ces modèles doivent être entraînés et, pour cela, ils ont besoin de séries de données cohérentes».

L’IA ne peut donc se substituer à la collecte de données d’observation de la Terre. Elle renforce même la nécessité de disposer de données de haute qualité. Sans données d’observation fiables, même le modèle le plus performant ne pourra fournir des prévisions exploitables.

Vue d’ensemble des applications pour la société

Dans cette discussion autour des infrastructures et de la gouvernance, il est un point qui passerait presque au second plan, soit les bénéfices très concrets que l’observation de la Terre apporte au quotidien. Les deux experts énoncent une foule impressionnante d’exemples.

Dangers naturels et crues. Wolfgang Wagner évoque les crues survenues en Autriche en 2024, lors desquelles une prévision précise des précipitations a contribué à éviter des dégâts plus importants, en permettant aux services concernés de gérer les réservoirs d’eau en temps utile. Les données d’observation de la Terre sont aujourd’hui directement intégrées dans les modèles de prévisions météorologiques et aident les autorités à évaluer les risques et à gérer les crises. L’analyse et la reconstitution des inondations ainsi que l’estimation des énergies libérées comptent également parmi les applications actuelles, comme le relève Michael Schaepman.

Biodiversité. Michael Schaepman fait état des travaux de recherche menés sur les corridors écologiques, la fragmentation de l’habitat naturel et les mouvements migratoires de la faune sauvage, mais aussi sur les populations de bouquetins. Ces derniers connaissent aujourd’hui un appauvrissement génétique, les échanges entre les groupes étant devenus compliqués, voire impossibles, entravés par les routes et d’autres infrastructures. Les données d’observation de la Terre permettent de mettre en lumière ce type de phénomènes et soutiennent la prise de décision en matière de protection de la nature et des paysages.

Santé. Un autre exemple tiré de la nature est le lien établi entre la fragmentation du paysage et la propagation des vecteurs de maladies. Les changements intervenus dans l’utilisation du territoire influencent les mouvements migratoires de la faune sauvage et, par conséquent, indirectement, la propagation des tiques et d’autres agents pathogènes. Dans ce cas également, les données d’observation de la Terre sont utiles, contribuant à la santé publique.

Agriculture. Parmi les domaines d'application bien établis figurent les prévisions de récolte, les analyses d'exploitation des sols et le monitoring des surfaces agricoles. L’observation des cultures par satellite s’est constamment améliorée depuis les années 1970. Michael Schaepman rappelle l’existence du modèle européen de prévision des récoltes MARS (Monitoring of Agriculture with Remote Sensing). Il y a une vingtaine d’années, ses prévisions par satellite sont devenues si précises qu’il a parfois fallu retarder la publication des données afin d’éviter la spéculation sur les marchés agricoles. Aujourd’hui, les données d’observation de la Terre servent à détecter de manière précoce les périodes de sécheresse, les pertes de récoltes ou encore les variations de l’humidité des sols. Elles constituent ainsi une base essentielle pour la planification agricole, la sécurité alimentaire et les mesures d’adaptation au changement climatique.

Forêts et adaptation au changement climatique. Les données satellitaires facilitent l’identification des populations d’arbres résistantes et améliorent la compréhension des mécanismes de résilience des forêts. Ce sont là deux exemples qui montrent comment l’observation de la Terre contribue de manière essentielle à l’adaptation au changement climatique. Les séries chronologiques à long terme permettent non seulement d’observer les évolutions dans les forêts, mais aussi de mieux en comprendre les causes.

Assurances et marchés financiers. Les données d’observation de la Terre sont de plus en plus utilisées dans les secteurs de l’assurance, de la réassurance, de l’évaluation des risques et du financement agricole. Face à l’augmentation des risques climatiques et météorologiques extrêmes, le besoin en données objectives s’accroît, notamment pour évaluer les risques et calculer les produits d’assurance. Parallèlement, les données accessibles au public et validées scientifiquement garantissent la transparence. Les décisions sont ainsi plus compréhensibles et justifiables auprès de la clientèle.

L’accessibilité et la gratuité des données, facteurs de réussite du programme – et pourquoi cela ne va pas de soi

Pour Wolfgang Wagner, la décision de l’UE de rendre les données de Copernicus librement et gratuitement accessibles constitue l’un des principaux facteurs de réussite de l’ensemble du programme, tant sur le plan scientifique qu’économique. Il en fait une question de principe :

«Je considère comme un atout scientifique majeur le fait que des données environnementales soient librement accessibles à toute la population». C’est pourquoi il considère avec inquiétude les débats actuels visant à en limiter l’accès. Selon lui, il est d’autant plus capital, au vu du changement climatique et de la multiplication des phénomènes extrêmes, que l’ensemble de la population puisse avoir accès à des informations environnementales objectives et de qualité ainsi qu’à des séries de données à long terme.

Les deux experts soulignent l’importance de disposer d’infrastructures de recherche et de données performantes. Michael Schaepman relève notamment le potentiel scientifique et sociétal de Copernicus. La valeur de ce programme ne réside pas uniquement dans les données qu’il permet de collecter, mais aussi dans les connaissances et les innovations qui en découlent. Wolfgang Wagner ajoute à ce point de vue une dimension stratégique : dans quel cadre infrastructurel et politique de telles connaissances pourront-elles voir le jour à l’avenir? Si l’Europe produit aujourd’hui des données d’observation de la Terre de haute qualité, une part considérable de la valeur ajoutée qu’elles génèrent provient toutefois des plateformes de cloud et d’IA gérées par des géants de la technologie. Pour le scientifique se pose donc de manière accrue la question de savoir comment l’Europe peut conserver des moyens d’agir et rester indépendante à long terme, non seulement dans le relevé des données, mais aussi dans leur traitement et leur exploitation. Selon Wolfgang Wagner, dans le contexte des bouleversements géopolitique actuels, plusieurs pays ont fait de l’observation de la Terre un secteur stratégique et qu’ils soutiennent en conséquence. Il ne s’agit plus seulement de sécurité, mais de capacité à identifier de manière précoce les risques climatiques, les dangers naturels, les pertes de récoltes ou encore les changements affectant les conditions environnementales et les ressources, et à y réagir en conséquence.

Une Suisse forte mais à la croisée des chemins

Les deux experts partagent la même vision du rôle de la Suisse et de son paysage de la recherche ; elle tient en quelques mots :

«La Suisse est extrêmement bien positionnée dans le domaine de l’observation de la Terre», déclare Michael Schaepman.

«La recherche suisse est extrêmement forte dans ce domaine», confirme Wolfgang Wagner.

Michael Schaepman étaye ses propos par des chiffres : une vingtaine de chaires professorales en Suisse en lien direct avec l’observation de la Terre, des pôles de recherche performants à l’Université de Zurich, à l’École polytechnique fédérale de Zurich, à l’École polytechnique fédérale de Lausanne et à l’Université de Lausanne, de nombreuses spin-off ainsi que des entreprises comme Sarmap, Sarvision ou Geotest. Michael Schaepman indique que huit spin-off sont nées de sa seule chaire professorale, un chiffre éloquent.

Parallèlement, les deux experts perçoivent un risque croissant si la Suisse reste exclue des infrastructures centrales de Copernicus. Le pays conserve certes l’accès aux données brutes publiques de Copernicus, mais le véritable problème se situe ailleurs : dans l’accès à certains services et plateformes, dans les possibilités de participation aux services opérationnels, dans les accès privilégiés aux données pour certaines applications, ainsi que dans l’opportunité de prendre part à la conception de la prochaine génération de programme. Ce sont précisément les produits, modèles et services utilisant les données satellitaires qui gagnent aujourd’hui en importance. En étant écartée de leur développement, la Suisse a aussi moins d’influence sur l’orientation future du programme. Michael Schaepman se pose la question du leadership scientifique :

 «Je ne veux pas me contente de reproduire ce que d’autres ont déjà fait, je veux jouer le rôle de chef de file dans ce domaine».

Derrière ces propos ressort la conviction que la Suisse ne doit pas se contenter d’utiliser les données d’observation de la Terre, mais qu’elle doit également contribuer à façonner leur développement futur. Selon l’expert, au regard du changement climatique, de la multiplication des dangers naturels et de la croissance des exigences liées au monitoring environnemental, la capacité à développer de nouvelles méthodes, de nouveaux modèles et de nouvelles applications sera encore plus cruciale à l’avenir.

Et, dans la perspective d’une Suisse comme pôle de recherche de premier plan, il ajoute :

«La Suisse est un pays d’infrastructures et c’est ce qui incite les chercheurs et les chercheuses à venir dans notre pays. Mais dans le domaine de l’observation de la Terre, selon les conditions, le pays risque de souffrir d’un désavantage géographique».

Michael Schaepman se réfère ici à un atout majeur de la Suisse : l’accès aux infrastructures de recherche ainsi que des réseaux et des services scientifiques de premier ordre attirent des chercheurs et chercheuses de haut niveau du monde entier. Si l’implication de la Suisse dans les grandes infrastructures européennes venait à diminuer, cela pourrait nuire à son attrait en tant que pôle de recherche.

Wolfgang Wagner envisage cette problématique davantage sous l’angle du marché : les entreprises suisses pourraient certes continuer à réaliser des projets de l’ESA, mais risqueraient de se retrouver de plus en plus marginalisée des services Copernicus, qu’il s’agisse des services opérationnels, des participations d’entreprises ou des opportunités de marché qui se développent autour du programme. Ces deux perspectives, scientifique et économique, conduisent néanmoins à la même conclusion : la Suisse dispose aujourd’hui de compétences remarquables dans l’observation de la Terre, mais son rôle futur dépendra essentiellement des modalités de sa participation aux infrastructures, aux services et aux réseaux sur lesquels repose la prochaine génération de programmes de recherche et d’innovation.

La petite sœur de l’astronautique

Pour conclure, revenons sur une image utilisée par Michael Schaepman au cours de l’entretien : «L’observation de la Terre, dit-il, c’est en quelque sorte la petite sœur de l’astronautique». Les astronautes éveillent l’intérêt et l’astronomie suscite la fascination. En revanche, les sciences de l’observation de la Terre fournissent les données et permettent leur analyse et leur exploitation, se traduisant par d’innombrables applications dans la vie quotidienne, le plus souvent sans que personne ne s’en aperçoive. Et pourtant, le monde dépend de manière croissante des fonctions que Copernicus accomplit loin des feux de la rampe.

Les entretiens menés avec Michael Schaepman et Wolfgang Wagner montrent que les données d’observation de la Terre ne représentent aujourd’hui non seulement un instrument scientifique, mais également une ressource stratégique pour la recherche ainsi que sur les plans sécuritaire et économique. Elles constituent la base des prévisions météorologiques et des prévisions de crues, des modèles d’assurance, de la recherche sur la biodiversité, de l’adaptation au changement climatique ou encore du développement d’outils d’aide à la décision, fondés sur les données. Elles permettent donc d’anticiper les événements et d’élaborer de possibles solutions pour y faire face. Derrière ces données se cachent une interaction complexe entre satellites, infrastructures de recherche, centres de données, modèles et algorithmes.

Copernicus est une infrastructure européenne de connaissances qui permet de comprendre notre planète, de manière fiable, continue et jusqu’à présent en libre accès. Pour combien de temps encore? La question dépasse le seul aspect technique ; la réponse dépend de la disposition de l’Europe à investir de manière conséquente, autant dans l’exploitation de ses données que dans leur collecte.

La question se pose aussi pour la Suisse. Le socle scientifique existe, le potentiel également. Quant à savoir si cela se traduira à l’avenir par un rôle de premier plan, des opportunités de marché et une participation active, cela ne dépendra pas de ses propres capacités, mais de la question de savoir dans quelle mesure elle continuera à s’impliquer étroitement dans les infrastructures européennes.

Michael Schaepman est recteur de l’Université de Zurich et professeur de télédétection à l’Institut de géographie de cette même université. Expert en observation de la Terre, il mène depuis de nombreuses années des recherches sur l’observation de l’environnement par satellite, la biodiversité et les changements environnementaux mondiaux. Il a participé à plusieurs programmes et comités consultatifs à l’échelle internationale dans le domaine de l’observation de la Terre. Il compte parmi les principaux acteurs de la recherche européenne en télédétection.

Wolfgang Wagner est professeur de télédétection et doyen de la Faculté de mathématiques et de géoinformation de l’Université technique de Vienne. Il compte parmi les principaux experts européens en observation de la Terre par satellite et a co-fondé le Earth Observation Data Centre (EODC), une infrastructure de premier plan dans le stockage et le traitement des données satellitaires. Ses recherches se concentrent en particulier sur l’observation de l’humidité des sols, de la végétation et des changements environnementaux à partir des données satellitaires collectées.