Des chercheurs contribuent à un projet de la NASA

Thierry Haroun Collaboration spéciale
L’équipe de chercheurs de l’Université de Sherbrooke a participé à l’envoi du satellite SMAP, dont les résultats sont attendus début avril.
Photo: Université de Sherbrooke L’équipe de chercheurs de l’Université de Sherbrooke a participé à l’envoi du satellite SMAP, dont les résultats sont attendus début avril.

Ce texte fait partie du cahier spécial Recherche

Une collaboration des chercheurs d’ici avec la NASA permettra de mieux comprendre l’impact du gel et du dégel du Nord sur les changements climatiques et de mesurer les risques écologiques de son développement.

Le SMAP, ça vous dit quelque chose ? En fait, c’est le satellite de télédétection appelé Soil Moisture Active Passive qui a pris son envol le 31 janvier depuis la base Space Launch Complex 2, située à Vandenberg (Californie), et dont les données sont attendues au sol au début avril. Développé par la NASA, ce satellite dernier cri fournira aux météorologues, aux climatologues, aux agronomes et aux scientifiques des données inédites sur l’humidité du sol, les paramètres de végétation et le gel au sol. Pour y voir plus clair, nous nous sommes entretenus avec deux experts qui y participent, soit Alain Royer et Alexandre Langlois, qui sont professeurs au Département de géomatique appliquée de l’Université de Sherbrooke et chercheurs au Centre d’applications et de recherches en télédétection de cette même université.

Ce projet de près d’un milliard de dollars canadiens est piloté par la National Aeronautics and Space Administration (NASA). En partenariat avec Environnement Canada, l’Agence spatiale canadienne appuie une équipe, soit SMAP-Canada, dont font notamment partie Alain Royer et Alexandre Langlois.

De manière pointue, on notera que le nouveau satellite possède à son bord deux capteurs micro-ondes complémentaires : un dit « actif » (qui émet des ondes radar et mesure les réflexions des ondes sur la surface du sol) et un autre dit « passif » (qui mesure les ondes émises naturellement par la surface). Toujours selon la documentation disponible, le SMAP fournira des données indispensables qui permettront de développer et d’améliorer les méthodes d’estimation des paramètres hydrologiques, telles l’humidité du sol, la rugosité du sol et la végétation. Cette mission spatiale permettra également le déploiement d’une méthode de cartographie des champs saturés des zones agricoles. Parmi les résultats anticipés, les chercheurs souhaitent obtenir une meilleure caractérisation de la variabilité spatio-temporelle de l’humidité du sol dans un contexte opérationnel.

De manière concrète, maintenant. On sait depuis quelques années que l’humidité du sol fait partie des paramètres écologiques les plus importants pour la compréhension et le suivi des changements climatiques, mais ce projet étudiera la question de près. Pourquoi ? « Vous savez, c’est un peu le chaînon manquant de toutes les analyses. On sait à peu près ce qui tombe [sur la Terre], on sait à peu près ce qui s’écoule dans les rivières. Mais il nous manque un bout dans le cycle hydrologique, c’est-à-dire cette eau qui s’accumule à la surface du sol et qui est en partie évaporée, en partie ruisselée et en partie dirigée vers les réserves aquifères souterraines. Cet aspect de l’humidité est une variable-clé des prévisions météorologiques. D’ailleurs, les météorologues se sont aperçus depuis 10 ou 15 ans que, si on avait une meilleure connaissance de cette humidité, on pourrait améliorer les prévisions météorologiques. Et c’est pour cette raison qu’Environnement Canada s’est associé à ce projet. Environnement Canada souhaite, au fond, intégrer ce paramètre dans les modèles de prévisions », fait remarquer Alain Royer.

Gel et dégel

Restons au sol. Le suivi des périodes de gel et de dégel du sol en rapport avec l’activité végétale est un autre des grands objectifs du SMAP. Et c’est précisément ici où l’expertise de nos deux chercheurs est mise principalement à contribution. « C’est en effet un phénomène que la NASA entend étudier dans le détail, confirme le professeur Royer. Ce paramètreest étroitement lié à l’activité de photosynthèse des plantes et de la forêt en particulier. L’hiver, comme l’automne, la forêt boréale tombe en dormance. Donc, lorsque le sol est gelé, cela signifie qu’il y a moins d’absorption du gaz carbonique. Comme les échanges de dioxyde de carbone (CO2) et d’oxygène par photosynthèse sont au point mort, il y a plus de gaz à effet de serre, donc plus de réchauffement. Un changement de l’état du sol lié au réchauffement climatique pourrait ainsi avoir des effets de rétroaction significatifs. Mais sa caractérisation est difficile, car très variable spatialement, selon la couverture du sol et le type de sol et de sous-sol, et temporellement, selon la variabilité climatique. L’impact du cycle de gel et de dégel au sol sur le CO2 est encore mal connu, surtout pour la forêt boréale du Nord. »

De retour sur le plan technique, Alain Royer ajoute que, à partir de là, les équipements au sol vont « recevoir les données [en provenance du satellite] et on va essayer de les comparer avec les données au sol avec une validation des algorithmes d’inversion. Ce qu’on mesure, en fait, ce sont les mesures indirectes du phénomène du gel et du dégel. »

Bien, mais que sont ces équipements qui seront au sol ? C’est son collègue, Alexandre Langlois, que nous avons joint par courriel à la station de recherche du Finnish Meteorological Institute, à Sodankyla, située dans le nord de la Finlande, qui a apporté cette précision. « Notre instrument-vedette est un radiomètre situé au sol qui est pratiquement identique à celui qui est en orbite dans le satellite. Cela permettra donc de prendre des mesures très précises du sol, pour améliorer notre compréhension de ce que le satellite voit. L’instrument sera à plusieurs endroits. Cette année, nos collègues d’Environnement Canada ont le leur en Saskatchewan, le nôtre sera déployé aussi en Saskatchewan en 2016, et ensuite dans l’Arctique canadien (probablement dans la région de Cambridge Bay) et le nord du Québec (probablement dans la région de Kuujjuarapik). Mais cela reste à déterminer, c’est un gros instrument qui nécessite un bon effort logistique. »

Alexandre Langlois juge par ailleurs que le projet SMAP viendra combler un vide à l’échelle scientifique et météorologique au sujet de ce phénomène. « Absolument, il est connu que ces cycles surviennent, mais nous n’avons pas d’informations à savoir où. Quelle superficie ? Et combien de temps le sol reste non gelé ? On parle alors d’identification des patrons spatio-temporels des cycles gel-dégel. Cela permettra donc de mieux adapter les modèles de surface et climatiques (pour les émissions de méthane, entre autres), qui assument souvent de manière quasi binaire un gel versus un dégel. Sans compter l’importance que cette information aura sur les efforts de développement du Nord, à savoir quelles régions sont plus à risque pour les futures infrastructures comme les routes, le rail, les édifices, les pistes d’atterrissage, etc. »

 

La fascination du Nord

Et, tout comme son collègue Alain Royer, le professeur Langlois rappelle combien il est « fascinant d’étudier le Nord, qui vit des bouleversements importants en raison du réchauffement du climat. Le Nord est la première “ victime ” des changements climatiques, car le réchauffement qui y est observé est plus fort que partout ailleurs sur la planète. C’est donc en quelque sorte un prélude de ce qui est à venir chez nous. Quoiqu’on commence déjà à observer les effets. Il est fascinant de voir la fragilité d’un environnement aussi hostile et à la fois si magnifique. On revient très humble d’une visite dans l’Arctique. »

Justement, que faites-vous en Finlande ? « J’y enseigne des notions de climatologie polaire, de télédétection et de mesures de neige et pergélisol. Les étudiants représentent la prochaine génération de scientifiques, et c’est une superbe expérience pour eux de côtoyer des chercheurs de partout, mais aussi d’avoir accès à des instruments uniques au monde, tels des radiomètres micro-ondes comme celui du SMAP ! En tant que professeur, c’est aussi très intéressant de voir des étudiants aussi passionnés que nous. C’est très encourageant et motivant ! », a tenu à dire M. Langlois en fin d’entrevue.