tomodensitométrie pour les nuages: une flotte de micro-satellites va entrer dans de tout-petits nuages

Une mission germano-israélienne visant à lancer une formation de dix minuscules satellites utilisant des algorithmes de tomodensitométrie inspirés par la médecine pour répondre aux questions climatiques, remporte un prix de 14 millions d'euros du Conseil européen de la recherche.

(L-R) Prof. Ilan Koren, Prof. Yoav Schechner, and Prof. Klaus Schilling

Dix satellites, chacun de la taille d’une boîte à chaussures, devraient entrer en orbite dans quelques années et commencer à combler des lacunes dans notre compréhension des nuages et de leur rôle dans le climat. Inspirés du scanner médical (tomodensitométrie), qui permet d’observer et de cartographier l’intérieur d’un patient, les concepteurs créent un système qui révélera des images détaillées des structures et propriétés 3D externes et internes des nuages. En examinant de petits champs de nuages qui font généralement défaut aux technologies de télédétection d’aujourd’hui, la mission peut résoudre certaines incertitudes majeures qui limitent la modélisation atmosphérique et les prévisions climatiques actuelles.

Cette mission spatiale, baptisée CloudCT, a récemment été dotée de 14 millions d’euros par le programme Synergy du Conseil européen de la recherche (ERC) - somme maximale pouvant être allouée à partir de ce programme. Trois chercheurs ont dirigé ce projet interdisciplinaire unique: deux Israéliens et un Allemand. Le professeur Yoav Schechner de la Faculté de génie électrique de Viterbi au Technion (Haïfa) est un expert en vision par ordinateur et en tomographie par ordinateur. Le Professeur Ilan Koren est un expert en physique des nuages et de la pluie au Département des sciences de la Terre et des planètes de l'Institut Weizmann des Sciences (Rehovot). Le professeur Klaus Schilling du Centre de télématique (Würzburg) est un leader dans le domaine de la technologie de formation de petits satellites.

Les nuages jouent un rôle clé dans le bilan énergétique de la Terre et son cycle de l’eau; même de petites erreurs dans l’évaluation des propriétés des nuages peuvent conduire à des inexactitudes majeures dans les prévisions climatiques. «Les satellites étudient les grandes structures nuageuses mais manquent de la résolution nécessaire pour observer de plus petits nuages», déclare Koren. «Bien qu’ils soient petits, ces nuages modèrent le climat d’une part, mais ils peuvent aussi être très sensibles au changement climatique. C'est pourquoi il est absolument nécessaire de mesurer correctement ces petits nuages afin de comprendre leur nature et leur interaction avec les conditions environnementales changeantes. CloudCT peut ouvrir la voie à cette compréhension. "

L'idée de sonder ces nuages depuis l'espace a été motivée par la technologie de l'imagerie médicale 3D. "Nous utilisons la santé humaine comme guide pour la santé de la planète", a déclaré Schechner. Par analogie avec le scanner médical plus connu, les images dans CloudCT seront prises simultanément dans de nombreuses directions autour et au-dessus des nuages. Cet exploit sera rendu possible par la formation en réseau auto-organisée de multiples satellites abordables, très petits et très agiles. Cependant, «Contrairement aux laboratoires isolés de cliniques, la Terre est irradiée par l’éclairage du Soleil, qui ne peut être déplacé, allumé ou éteint. Nos algorithmes d'analyse d'images doivent prendre en compte cette réalité et s'appuyer sur la diffusion de la lumière, ce qui nous met au défi. »

Le contrôle de précision requis par le système multisatellite (chaque satellite pesant environ trois kilogrammes) afin de réaliser cette imagerie complexe pose des problèmes de miniaturisation, de coordination et de capacités de réaction autonomes. Schilling se dit enthousiasmé par les perspectives du projet CloudCT: «Les systèmes de satellites distribués en réseau que nous développons pour CloudCT sont un exemple de la manière dont un logiciel innovant compense les déficits engendrés par la miniaturisation. Cela permet à un tel système ultra-petit de mettre en œuvre efficacement un système auto-organisateur et à de nouvelles approches d'observation permettant de réaliser des avancées scientifiques. "

Les scientifiques construisent maintenant leurs équipes et commencent à élaborer les détails du projet. Ils passeront du temps à concevoir et à tester de nombreux aspects de CloudCT avant leur lancement. «Ces tests sont assistés par une mission précurseur de trois satellites, appelée TOM - Mission d’observation de la Terre télématique, ainsi que par notre simulateur de dynamique haute performance situé à Wurtzbourg», explique Schilling. «Ce projet nous permettra de voir et de mesurer les nuages comme jamais auparavant», ajoute Koren. «Nous sommes ravis que l'ERC ait sélectionné le projet CloudCT», a déclaré Schechner. "Nous pouvons déjà dire que CloudCT est à l'avant-garde des nouveaux concepts d'observation de la Terre et du développement d'algorithmes d'imagerie informatiques sophistiqués."

Source : Technion

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