L'observation de la Terre reste l'une des applications les plus prisées dans le domaine des satellites. En fonction de la mission à accomplir, on choisira plutôt tel ou tel satellite placé sur telle ou telle orbite. Si l'on devait classifier le type d'informations collectées, on pourrait les répartir entre « informations globales », « informations régionales » et enfin « informations locales ».
Informations globales: une orbite haute sera privilégiée comme l'orbite géostationnaire car lorsqu'un satellite braque ses instruments, il embrasse tout le disque terrestre. On retiendra ce type d'orbite pour les satellites météorologiques car ils permettent de suivre sur une longue distance la formation des dépressions et anticyclones ainsi que leur mouvement. En interprétant les informations collectées, il est possible d'extrapoler ce qui pourrait arriver les jours suivants. A l'heure actuelle, les prévisions météos sont fiables à 100 % pour le jour même et globalement perdent près de 20 % de fiabilité pour chaque jour qui passe. Il n'en demeure pas moins que ces satellites sont essentiels pour alerter les services météorologiques en cas de tempête, afin de prévenir les populations concernées le plus tôt possible.
Informations régionale: un satellite placé sur une orbite géostationnaire fournit des informations qui deviennent très vite inexploitables lorsqu'il s'agit de collecter des données sur un territoire. Il faut donc placer le satellite sur une orbite plus basse. Mais s'il reste aligné sur la ligne équatoriale, il ne pourra donner des informations que sur la zone survolée. Si on veut englober toutes les régions de la Terre, il faudra installer le satellite sur une orbite polaire. Tout en allant d'un pôle à l'autre (une orbite polaire normale est accomplie en 90 minutes), la Terre tourne, il ratisse une large bande de plusieurs kilomètres. Au bout d'une orbite, la zone survolée ne sera plus sous le satellite mais sera décalée. En plusieurs jours, la totalité du globe aura été survolée au moins une fois. Ce sont les satellites de télédétection qui sont placés sur une telle orbite ainsi que les satellites environnementaux.
Les satellites de télédétection représentent un intérêt dans plusieurs domaines comme l'agriculture, la cartographie, la foresterie, la géologie, la conservation de la nature et le contrôle de la biodiversité, assistance lors des missions humanitaires, gestions des risques majeurs, surveillance marine et côtière ainsi que dans les systèmes d'informations géographiques. Comme satellites de télédétection, on peut nommer SPOT (France), Landsat (USA) entre autres.
Les satellites environnementaux sont également placés sur une orbite polaire. Ils complètent les données collectées par les satellites météorologiques. Comme informations transmises on peut citer l'imagerie de la surface terrestre et de ses nuages, la mesure de température et d'humidité des différentes couches atmosphériques, la composition des gaz répandus dans l'atmosphère y compris la couche d'ozone sans oublier la vitesse des vents. Comme satellites environnementaux, on peut citer entre autres MetOP (Europe) et NOAA (USA).
En plus de ces satellites, dit généralistes, il existe des satellites spécialisés. Topex/Poséidon, remplacé depuis par Jason est une collaboration franco-américaine du suivi des océans. Grâce à eux, il est possible de suivre le phénomène périodique El Nino. El Nino est une montée en température de l'eau entre l'Australie et la côte ouest du continent américain et qui affecte de nombreux pays de par le monde comme un réchauffement climatique accompagné d'une sécheresse en Asie tandis que l'Amérique est frappée par des pluies diluviennes dépassant parfois de 15 fois la norme annuelle. L'ESA a conçu la mission Cryosat qui s'intéressera plus particulièrement aux glaces recouvrant la Terre et notamment des calottes polaires en proie à une fonte importante, résultat du réchauffement climatique. Cryosat est une des missions du programme Earth Explorer de l'agence spatiale européenne comprenant plusieurs satellites ayant chacun une mission bien spécifique. SMOS aura en charge la mesure de la salinité des océans tandis que ADM-Aeolus se spécialisera dans la mesure du vent et des conséquences sur le climat. EarthCARE est une mission conjointe euro-japonaise qui tentera de comprendre les interactions qu'il peut y avoir entre les nuages, les radiations et les aérosols.
A la fin des années 90, une nouvelle mode est née dans le domaine de la télédétection, celle de l'imagerie spatiale qui permet de visionner « votre maison vue par satellite ». Slogan commercialement accrocheur mais qui pouvait à terme présenter un danger. Le risque était de voir divulguer des informations de premier ordre et qu'elle tombe dans des mains mal intentionnées. C'est pourquoi des règles très précises ont été fixées par les autorités. Lorsque le principal client est le Département de la Défense, comme c'est le cas pour l'américain Digital Globe, il est plus facile d'imposer ses limites. Les images collectées par les satellites sont d'abord contrôlées par l'agence de renseignements nationale américaine du Department of Defense. Le cas échéant, les images peuvent être bridées (résolution diminuée). Prenons le cas du satellite américain GeoEye 1 lancé en 2008. L'un des clients de ses images est Google qui les utilisent pour la mise à jour de ses logiciels Google Earth et Google Map. La résolution maximale atteinte par ce satellite est en théorie de 41 cm et sera de 36 cm pour GeoEye 2. Seuls les militaires auront accès à ce genre de données. Pour des raisons de sécurité, elle sera ramenée à 50 cm dans le cadre des images à vocation commerciale. Cependant, les sites considérés comme stratégiques comme les centrales nucléaires, les bases militaires, sont traités de façon à ce qu'aucun renseignement ne puisse filtrer et mettre en danger l'installation.
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