Colloque « Espace et éducation »

Croisement des regards, croisement des données

Jean-François Minster, président directeur général de l'Ifremer, membre de l'académie des sciences

Cette intervention introductive se propose de présenter les grands axes de la rencontre «Espace et éducation», en décrivant de manière synthétique les différents ateliers et conférences. Ceux-ci se regroupent en trois grands thèmes qui, bien que liés, peuvent être abordés de manière distincte : les acteurs et leurs conceptions variées de l'espace, le rapport entre développement technologique et espace et, enfin, l'utilisation qui peut en être faite.

Acteurs et conceptions de l'espace

Il existe plusieurs angles d'attaque pour évoquer l'apport des techniques spatiales à la science, la société et l'éducation. J'ai choisi de m'attacher à un certain nombre d'acteurs de la science : les scientifiques, les agences technologiques, les organisations publiques et les États -car le domaine spatial ne se gère pas à l'échelle nationale -les acteurs socioéconomiques et la société.

Premièrement, le domaine spatial a clairement changé notre regard sur la Terre au cours des 30 dernières années. Notre génération a été très frappée par les premières images de la planète vue de l'extérieur, semblable à une sphère bleue couverte de nuages. Nous en avons modifié notre perception en la regardant à l'échelle planétaire.

Deuxièmement, une autre dimension essentielle a été la comparaison de la Terre avec les autres planètes. Les différents programmes lunaires et les missions d'exploration des planètes semblables à la Terre ont conduit à porter un regard scientifique différent sur la dynamique de notre Système solaire.

La comparaison entre les planètes nous a par exemple permis de constater une répartition du relief très différente entre la Terre et Mars : cette dernière possède des montagnes beaucoup plus hautes, bien qu'il existe aussi des ensembles de hauts plateaux analogues à ceux que nous connaissons sur Terre. La situation de la planète Mars est figée depuis des centaines de millions d'années alors que la tectonique des plaques fait évoluer le système sur la planète Terre. Cette comparaison nous amène à nous poser différentes questions : pourquoi n'y a-t-il pas une tectonique de même nature sur les deux planètes ? Comment la rigidité de Mars peut-elle soutenir des montagnes d'une telle altitude ? Est-ce lié à la taille de la planète, à sa composition chimique ou encore à son évolution thermique ? Cette comparaison permet de regarder différemment notre planète.

Bien sûr, un certain nombre d'autres perceptions essentielles ont également changé notre regard sur la Terre au cours des dernières décennies et, principalement, le fait qu'elle soit un objet fini et unique pour l'humanité. L'exploration de la surface de la Terre s'est en effet terminée au début du XXe siècle. On ne savait pas, à la fin du XIXe siècle, s'il existait des continents sous la glace arctique. Par ailleurs, la part de rêve et d'imagination créée par les ouvrages futuristes des années cinquante sur l'exploration de l'Univers et son occupation par l'homme a aujourd'hui largement disparu. Nous devons vivre sur cette planète. Les progrès scientifiques nous font en outre comprendre que la Terre est un système dynamique complexe, dont toutes les parties sont en interaction les unes avec les autres, du noyau jusqu'à la végétation en passant par l'océan et l'atmosphère, avec des comportements instables au cours du temps. Cette vision d'un système intégré est sous-jacente à l'évolution de toutes les disciplines d'étude de la planète.

Enfin, le fait que le système soit déjà affecté par l'homme est une idée qui a émergé au cours des dernières décennies. La démonstration en est faite aujourd'hui et la perspective de la transformation future de notre planète par l'homme est telle que cela est devenu un enjeu essentiel. Troisièmement, l'observation de l'espace est une source de découvertes. Un grand nombre de questions scientifiques ne peuvent pas être abordées autrement qu'en utilisant les techniques spatiales. Cela concerne aussi bien la physique fondamentale, l'astronomie, la planétologie, les sciences de la planète, de la vie et de la matière.

Ces enjeux scientifiques proviennent de différentes approches. Certaines relèvent de questions scientifiques fondamentales. En planétologie, on s'interroge par exemple sur l'origine du Système solaire ou sur l'histoire des planètes. Le lancement de satellites permet de traiter ces questions. L'une des questions principales actuelles est la présence d'eau sur Mars. La réponse ne peut être apportée que par une étude sur le terrain, le développement des techniques robotiques et/ou le retour d'échantillons sur Terre. Par ailleurs, le Système solaire extérieur représente des enjeux très différents : on ne peut pas atterrir sur les planètes géantes qui sont riches en gaz et très éloignées de la Terre.

Cette dimension de découverte est vraie pour d'autres disciplines. Par exemple, un des grands enjeux de l'origine de la vie est de savoir si celle-ci est exogène (elle proviendrait d'un apport de molécules organiques depuis l'espace) ou endogène (l'ADN résulterait de la transformation chimique de composants élémentaires, dans certaines circonstances de pression, de température, de catalyse et de molécules). Il s'agit donc d'un enjeu fondamental et même philosophique. Étudier l'origine exogène de la vie passe forcément par l'étude spatiale qui consiste notamment à détecter si les nuages de gaz ou les comètes comportent des molécules organiques complexes, par observation à distance ou en récoltant de la matière.

De même, en termes de physique fondamentale, il existe dans l'espace, en absence de pesanteur, des phénomènes inattendus et contraires à tout ce que l'on apprend actuellement en physique de base. Il est donc intéressant d'étudier ces processus qui, à terme, peuvent être exploités à des fins de développement technologique.

Les observations spatiales présentent également un intérêt pour étudier les différents processus de notre planète, relevant de notre incapacité à observer la Terre depuis sa surface. À titre d'exemple, il a été possible, depuis l'espace, de cartographier l'océan et de constater que la répartition de la chlorophylle est extrêmement variable dans le temps et l'espace, alors que ce phénomène avait uniquement été constaté jusqu'alors autour des côtes. Ceci permet de déduire l'intensité de la production biologique des océans et son effet en matière de capture de carbone. Autre exemple : l'observation par satellite de l'île de la Réunion et du piton de la Fournaise a permis de comprendre que ce volcan est en train de basculer vers la mer. Sans que nous ne sachions tout à fait en expliquer la raison, les prochaines éruptions pourraient se produire donc à la base du piton de la Fournaise et non à son sommet. Nous sommes ainsi capables d'avoir une description dynamique d'objets à des échelles macroscopiques que l'on ne peut pas observer depuis le sol.

Toutes ces approches ne sont pas le fait d'équipes isolées. Les satellites sont en effet des projets lourds et coûteux gérés en partenariat et qui, dans le cadre de la mondialisation technologique, sont de plus en plus partagés. Alors que la France travaillait autrefois avec l'Urss ou avec les États-Unis, on voit maintenant apparaître un certain nombre de nations telles que le Japon, la Chine, l'Inde ou encore le Brésil. De plus, les questions scientifiques ne peuvent être posées à l'échelle d'un seul pays ou d'un continent. Aucun pays, pas même les États-Unis, ne peut par exemple traiter seul des problèmes de climat. C'est pourquoi ces études sont menées dans le cadre de programmes internationaux. Le programme mondial du climat est ainsi traité pays, avec des objectifs partagés, l'identification de plans de mise en œuvre et l'échange
de plans technologiques.

Espace et technologie

Le domaine spatial est très sensible à l'offre technologique. Ce secteur s'est en effet toujours développé grâce aux agences spatiales. Les laboratoires, qui travaillent avec celles-ci, doivent d'abord maîtriser les technologies de base qui permettent de mesurer le temps, les fréquences, les distances, les vitesses et de capter les signaux depuis l'espace. Ils ont réalisé des progrès fabuleux dans le domaine de la précision, avec une amélioration d'un ordre de grandeur par décennie de la précision de la mesure du temps et de la distance depuis plusieurs décennies. Un grand nombre de techniques spatiales actuelles se sont développées grâce à cette évolution des techniques de base, ce qui était impensable il y a 20 ou 30 ans. Par ailleurs, les technologies de la communication ont particulièrement évolué ; par exemple, le système de prévision du climat repose sur l'analyse des données en temps réel ; celles-ci sont transmises en temps réel à l'échelle mondiale vers les centres de calcul qui effectuent les prévisions. Ce changement qualitatif date de la dernière décennie et modifie profondément notre manière d'utiliser l'espace. Enfin, les moyens de calculs, nécessaires notamment pour les calculs d'orbite, ont tant progressé que l'on peut maintenant simuler beaucoup plus de phénomènes physiques, par exemple, l'ordinateur japonais « Earth Simulator » a été créé pour représenter la planète Terre en termes climatique, océanographique et géophysique, et doit fournir une simulation précise de tous ces phénomènes.

Deux exemples parmi d'autres permettent d'illustrer cette évolution technologique. Le premier concerne la vitesse de déplacement des plaques tectoniques sur la Terre, qu'il est maintenant possible d'observer grâce à un ensemble de balises disposées à la surface du globe. Cette observation conduite sur 10 ans est en coïncidence extraordinaire avec les mesures géologiques étalées sur 25 millions d'années. Grâce aux progrès des mesures de temps, il est ainsi possible d'observer les déformations continentales, ou la rotation de la péninsule indochinoise vers l'est, sous l'effet de la collision de l'Inde avec l'Asie. Le second exemple est la répartition sur l'océan des sondes mesurant des paramètres dans la colonne d'eau et les transmettant par satellite à des centres de données : ces outils permettent pour la première fois l'observation de l'océan en trois dimensions. Le développement de ces instruments illustre la richesse de ces systèmes fondés sur des technologies de base.

Quelle utilisation de l'espace ?

Le domaine spatial ne se limite pas à l'observation. Celle-ci doit être intégrée dans des systèmes menant à l'information, tout particulièrement en ce qui concerne la Terre. Notre planète doit en effet être surveillée pour prévenir les risques ou étudier l'impact de l'activité de l'homme. Le secteur spatial fait ainsi partie des outils de prévision en matière de météorologie ou d'écologie, qui nécessite de transformer les observations en information. Ensuite, la décision publique est prise aujourd'hui en s'appuyant d'une manière ou d'une autre sur un mécanisme d'expertise scientifique alimenté par ces informations.

La création de ces systèmes d'information suppose aussi bien une connaissance des questions scientifiques que des questions de société. Les instituts de recherche sont en contact direct avec les acteurs socioéconomiques pour que la société puisse identifier collectivement les questions prioritaires, les besoins d'innovation et les acquis cognitifs pour lesquels elle veut avoir des informations supplémentaires : c'est aujourd'hui un des enjeux essentiels de la recherche. Les systèmes dépendent de la question posée : par exemple il faut étudier si l'information nécessaire se pose à l'échelle parcellaire (la gestion de l'agriculture) ou à l'échelle planétaire (comme dans le cas du réchauffement global). Enfin, se pose la question de la fiabilité des connaissances et de leur impact sur la décision. Certains sujets sont encore mal maîtrisés : la décision qui en découle doit prendre en compte l'incertitude.

Le système d'information se construit en plusieurs étapes. La première phase est l'observation, non seulement spatiale mais aussi in situ. Il faut ensuite mettre en place le traitement et la transmission des données, la simulation numérique, l'intégration de toutes les données et des simulations, leur transformation en information et enfin la distribution aux utilisateurs. Dans le cas de l'océan, nous utilisons un grand nombre de moyens, sous forme de balises ou d'observation satellitale, qu'il nous faut gérer de façon intégrée. Ceci nous amène à construire une organisation. Les données et les informations sont ensuite exploitées et distribuées aux utilisateurs publics. Ces services fonctionnent à la fois régionalement, par exemple, pour traiter le cas de l'aménagement d'un littoral, et globalement, par exemple pour l'étude des anomalies climatiques.

Un système d'information pérenne doit être lié à la recherche, sans quoi il devient rapidement obsolète et il périclite : la recherche est source de validation et d'innovation. Par ailleurs, il faut prendre en compte une transformation continue des technologies tout en sachant que cette évolution ne se fait pas au sein des systèmes d'information mais dans les laboratoires. Il est donc nécessaire que ces systèmes d'information parviennent à intégrer l'innovation technologique. Enfin, l'organisation doit être conçue de façon que chaque élément (l'observation, la circulation numérique, l'intégration…) possède une existence autonome en fonction des connaissances et des technologies qui lui sont nécessaires. Il faut donc organiser la gouvernance avec des programmes mondiaux de recherche et des offres de recherche par les instituts de recherche académique.

En outre, les différents systèmes ont toujours une dimension nationale, voire régionale, au sens politique du terme, comme c'est le cas pour l'Europe. La surveillance de la Terre relève de la politique publique et ne peut être limitée à des services commerciaux qui ne paieront jamais les infrastructures en matière de surveillance de l'environnement ou de gestion de la planète. La surveillance de la Terre doit donc être organisée par des agences nationales et coordonnée à l'échelle mondiale. Cette collaboration internationale suppose la mise en œuvre de principes, de standards et de règles du jeu. Enfin, les applications des systèmes d'information doivent pouvoir être commercialisées par des services adéquats.

Nous travaillons donc sur une coordination d'ensemble, à la fois technique, scientifique, politique et ouverte économiquement. C'est un travail passionnant.


Actes du séminaire national - Les sciences de la vie et de la Terre au XXIème siècle : enjeux et implications 15 et 16 décembre 2004

Mis à jour le 15 avril 2011
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