Depuis 2011, l’activité photosynthétique des végétaux est directement mesurable depuis l’espace, grâce à la détection de la fluorescence émise durant la conversion de la lumière en énergie. Ce suivi par satellite vient de gagner en précision, les résolutions spatiale et temporelle des cartes dressées ayant respectivement été multipliées par 16 et par 3, mais comment ?

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    Les végétaux sont des organismes autotrophes. Ils utilisent donc la lumièrelumière solaire et des éléments inorganiques (comme l'eau et le CO2) pour produire des glucidesglucides, donc de la matièrematière organique, dans le but de croître et de se développer. Bien sûr, ce processus biochimique intracellulaire porteporte un nom : la photosynthèse. Le niveau d'activité photosynthétique d'une communauté végétale en dit long sur sa santé. C'est pourquoi des scientifiques cherchent des solutions pour le suivre au fil des jours, des saisons ou des années, le tout à large échelle.

    En 2011, Joanna Joiner du NasaNasa's Goddard Space Flight CenterGoddard Space Flight Center (États-Unis) a proposé une solution originale, bien que complexe : utiliser un satellite japonais, en l'occurrence GOSAT (pour greenhouse gases observing satellite), dans le but de mesurer la fluorescence émise par les végétaux. En effet, les plantes émettent un rayonnement qui nous est invisible durant la photosynthèse, mais qui peut voyager jusque dans l'espace. Concrètement, plus un végétal est en bonne santé, plus son activité photosynthétique est importante, et plus il émet de la fluorescence. 

    Le concept a alors fait ses preuves, comme l'a confirmé la publication de cartographies mondiales de l'activité photosynthétique. Ces documents sont par exemple précieux pour les agriculteurs qui peuvent anticiper des problèmes de stressstress au niveau de leurs cultures, ou pour les écologues qui cherchent à mieux comprendre le cycle du carbone. Cependant, la résolutionrésolution de ces cartes n'était pas très précise (200 km2), et les données n'étaient récoltées qu'une fois par mois. De plus, les outils d'analyse ne prenaient pas en compte les perturbations du signal causées par son passage dans l'atmosphère. Mais il s'agit du passé ! Une nouvelle approche vient d'améliorer toutes ces imperfections. 

    À l’intérieur des cellules végétales, les chloroplastes convertissent la lumière solaire (<em>absorbed light</em>) en énergie, tout émettant de la fluorescence dont la signature spectrale est détectable depuis l’espace. La lumière non absorbée est soit réfléchie (<em>reflected light</em>), soit transmise au travers de la cellule (<em>transmitted light</em>). © T. Chase, <em>Nasa’s Goddard Conceptual Image Lab</em>

    À l’intérieur des cellules végétales, les chloroplastes convertissent la lumière solaire (absorbed light) en énergie, tout émettant de la fluorescence dont la signature spectrale est détectable depuis l’espace. La lumière non absorbée est soit réfléchie (reflected light), soit transmise au travers de la cellule (transmitted light). © T. Chase, Nasa’s Goddard Conceptual Image Lab

    Une résolution spatiale 16 fois plus précise

    Le signal parvenant aux satellites est particulièrement faible, tout en étant noyé dans la lumière réfléchie par la surface de la TerreTerre et les nuagesnuages. Par ailleurs, l'onde électromagnétiqueonde électromagnétique peut également être perturbée par l'action absorbante de certains gazgaz présents dans l'atmosphère. Pour contrer ces problèmes, et être certains de bien capter le signal requis, les chercheurs ont réussi à définir une signature spectrale propre à la fluorescence émise par les végétaux. Ainsi, seuls les signaux présentant cette « empreinte digitaleempreinte digitale unique » sont enregistrés.

    Pour améliorer encore la précision de leurs mesures, les chercheurs ont également eu recours à un nouvel instrument de mesure, le Global OzoneOzone Monitoring Instrument 2 (GOME-2), qui est installé sur le satellite météorologique européen MetopMetop-A. Il gravite en orbiteorbite héliosynchronehéliosynchrone à environ 840 km d'altitude. Dorénavant, les cartes produites ont une résolution de 50 km2. Elles sont donc 16 fois plus précises, tout en étant mises à jour tous les 10 jours, soit trois fois plus fréquemment qu'en 2011.

    Une importante subtilité de mesure depuis l'espace 

    Le suivi mondial de l'activité photosynthétique par satellite complète les mesures de couverture végétale plus conventionnelles. En effet, il permet de détecter un changement de productivité avant même que cela n'impacte la couleurcouleur du végétal, ce qui est intéressant en agricultureagriculture. Des tests ont bien évidemment été menés, puis présentés dans la revue Atmospheric Measurement Techniques. 

    Par exemple, une baisse de la photosynthèse a été observée en automneautomne, tandis que les feuilles arboraient toujours leur belle couleur verte. Au printemps 2012, les chercheurs ont détecté une croissance précoce des plantes présentes dans les régions américaines affectées par des chaleurschaleurs inhabituelles. Ces quelques points démontrent bien la subtilité inégalée à ce jour des mesures qui peuvent maintenant être faites sur des végétaux depuis l'espace. Rappelons-le, nous plongeons ici au cœur d'un processus intracellulaire.