NISAR : La révolution de la double bande pour la surveillance des mouvements du sol

Un partenariat historique entre la NASA et l'ISRO en orbite

En 2012, la NASA et l'Organisation indienne pour la recherche spatiale (ISRO) ont entamé des discussions autour d'un objectif commun : une mission satellitaire capable de mesurer les changements à la surface de la Terre avec une précision inégalée. Le projet visait à combiner le radar en bande L de la NASA et le système en bande S de l'ISRO, créant ainsi le premier satellite radar à synthèse d'ouverture (SAR) à double fréquence au monde, capable d'analyser les forêts, les glaciers, les côtes, les villes et les plaines agricoles avec une compréhension plus approfondie et plus claire de la géologie de surface et souterraine ainsi que des phénomènes de subsidence.

Des accords officiels ont rapidement suivi. Un accord d'assistance technique en 2013 a jeté les bases du projet et, le 30 septembre 2014, la mission a été officiellement approuvée par le biais d'un arrangement de mise en œuvre signé par l'administrateur de la NASA, Charles Bolden, et le président de l'ISRO, K. Radhakrishnan. Dès lors, NISAR est devenu un défi d'ingénierie binational : le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA devait développer le radar en bande L et le système d'antenne déployable, tandis que l'ISRO devait fournir le radar en bande S et le lanceur.

Après plus d'une décennie de collaboration, NISAR a été lancé avec succès le 30 juillet 2025 à bord d'une fusée GSLV-F16 depuis le centre spatial Satish Dhawan, atteignant une orbite héliosynchrone à 747 km d'altitude. Le satellite est actuellement dans sa phase de mise en service de 90 jours, se préparant à fournir des images radar en libre accès tous les 12 jours pour la quasi-totalité des terres émergées de la Terre.

L'importance de l'approche à double bande de NISAR n'est pas seulement technologique, elle est fondamentale. Elle reflète un changement dans la conception des missions d'observation de la Terre : il ne s'agit plus seulement de programmes nationaux, mais de plateformes internationales au service de la science, de la sécurité et de la résilience.

L'avancée technologique de NISAR

NISAR introduit une série d'avancées techniques qui en font non pas une simple mission d'observation de la Terre, mais une plateforme transformationnelle pour la surveillance des déformations du sol et la science InSAR. L'intégration d'un radar SAR à double bande, d'un mode d'imagerie novateur appelé SweepSAR et de systèmes améliorés de calibration des données et de l'orbite en fait la mission SAR la plus ambitieuse à ce jour.

Configuration SAR à double bande

NISAR est le premier satellite d'observation de la Terre au monde à transporter deux systèmes radar sur la même plateforme :

• Radar SAR en bande L de la NASA (1,26 GHz, longueur d'onde de 24 cm) : idéal pour la pénétration profonde dans la végétation et le sol, adapté à la mesure de déformations subtiles du sol sur de vastes régions rurales ou forestières.
• Radar SAR en bande S de l'ISRO (3,2 GHz, longueur d'onde de 12 cm) : fournit des données à haute résolution pour les environnements urbains et les zones à forte densité d'infrastructures.

Les deux systèmes SAR sont montés sur une plateforme satellitaire I-3K modifiée de l'ISRO, qui supporte un réflecteur en maille déployable de 12 mètres, l'un des plus grands jamais utilisés pour une mission de sciences de la Terre, déployé à partir d'un mât de 9 mètres développé par le JPL de la NASA.

Cette configuration unique permet à NISAR de générer des ensembles de données SAR riches et complémentaires, optimisés pour une grande variété de terrains et de types de mouvements.

SweepSAR : Imagerie large et précise, sans compromis

NISAR innove également avec l'utilisation de SweepSAR, un mode d'imagerie radar à synthèse d'ouverture (SAR) de nouvelle génération. Contrairement aux systèmes SAR conventionnels qui utilisent des positions de faisceau fixes, SweepSAR emploie une antenne réseau à commande de phase unidimensionnelle qui reste stationnaire lors de la transmission, mais qui balaie le réflecteur lors de la réception.

Cela permet :

• Une imagerie à large couverture avec une fauchée allant jusqu'à 242 km
• Une résolution spatiale de 3 à 10 mètres
• L'élimination des lacunes de couverture grâce à des taux d'impulsion interpolés

Ainsi, NISAR possède la capacité d'imager de vastes zones tout en préservant des détails précis, surmontant l'un des principaux compromis des systèmes SAR traditionnels.

Réseau de rétroréflecteurs laser (LRA) et étalonnage de l'orbite

NISAR est également équipé d'un réseau de rétroréflecteurs laser (LRA) : un agencement de miroirs en coin conçu pour réfléchir les faisceaux laser directement vers leur source, quel que soit l'angle d'incidence. Les stations au sol de l'International Laser Ranging Service (ILRS) peuvent cibler NISAR avec des lasers à impulsions courtes pour obtenir des données de position orbitale ultra-précises.

Pourquoi est-ce important :
Le LRA sert de système de vérification au sol indépendant pour valider et corriger les solutions orbitales dérivées du GPS embarqué. Cela est essentiel pour garantir la précision millimétrique requise pour l'interférométrie temporelle et la cartographie des déformations.

Paramètres de la mission et génération de données

NISAR évolue sur une orbite héliosynchrone de 747 km avec un cycle de répétition de 12 jours et des heures de passage à l'équateur à l'aube et au crépuscule, ce qui est idéal pour des conditions d'ombre constantes et une répétabilité optimale de l'imagerie.

Il est équipé d'un enregistreur à semi-conducteurs (SSR) haute capacité et d'un système de communication en bande Ka, lui permettant de :

• Collecter et transmettre jusqu'à 85 téraoctets de données par jour
• Détecter des taux de déformation aussi subtils que 4 mm/an
• Offrir un accès libre et ouvert aux données via : le DAAC de l'Alaska Satellite Facility de la NASA et le portail Bhoonidhi de l'ISRO

La plupart des données standard seront rendues disponibles dans un délai de 1 à 2 jours après l'acquisition, avec une possibilité de traitement plus rapide pour les interventions d'urgence.

Stratégie de KorrAI pour l'utilisation des données NISAR

Chez KorrAI, l'arrivée de NISAR marque une étape importante vers l'obtention de données de déformation cohérentes et de haute qualité dans des régions qui, jusqu'ici, posaient problème pour l'InSAR seul. Nous avons relevé ces défis grâce à notre méthodologie de calibration, nos stations GNSS locales, nos modèles atmosphériques avancés et le placement stratégique de réflecteurs d'angle. Mais grâce à la politique d'accès libre de NISAR et à la puissance de pénétration de sa bande L, nous pouvons désormais repousser les limites de la surveillance des mouvements du sol dans les zones à végétation dense, au relief accidenté ou à faible cohérence temporelle.

Fusion avancée et calibration de modèles

La plateforme de KorrAI est conçue pour intégrer et fusionner des données d'observation de la Terre provenant de sources multiples. Avec NISAR, nous améliorerons notre traitement grâce à :

• des corrections atmosphériques calibrées par GNSS
• un filtrage et une détection de caractéristiques pilotés par l'IA
• une validation croisée entre les bandes L et S

Cela permet une détection de la déformation plus robuste, une meilleure cohérence temporelle dans des conditions difficiles et une plus grande précision lors de la validation des tendances au fil du temps.

Alors que NISAR entre en service opérationnel complet, nos systèmes seront prêts à exploiter ses flux de données pour nos solutions de surveillance des mouvements du sol conformes aux normes pour les infrastructures critiques et les actifs à haut risque.

Ce qui distingue NISAR : une nouvelle référence en matière de radar à synthèse d'ouverture interférométrique

Bien que de nombreux satellites SAR existants servent aux applications InSAR, la combinaison de l'imagerie bi-bande, de la large fauchée et de la résolution fine de NISAR lui confère un avantage qu'aucune mission monofréquence ne peut égaler. De la précision scientifique à l'utilité concrète, NISAR redéfinit ce qui est possible en matière de surveillance satellitaire des mouvements du sol.

Avantages comparatifs par rapport aux missions SAR existantes

La plupart des missions SAR actuelles fonctionnent sur une seule bande de fréquence, chacune étant optimisée pour des environnements spécifiques mais limitée dans d'autres :

En revanche, NISAR combine les bandes L et S, fournissant des données complémentaires qui améliorent la cohérence temporelle, la pénétration du signal et les détails sur différents types de surfaces : forestières, urbaines, glaciaires, agricoles ou côtières.

Performance dans les environnements difficiles

Forêts et terrains à forte biomasse :
Les missions SAR traditionnelles (comme Sentinel-1 ou TerraSAR-X) subissent souvent une décorrélation temporelle dans les régions végétalisées. Cela limite leur capacité à suivre des mouvements subtils au fil du temps. Le signal en bande L de NISAR pénètre le feuillage dense et interagit avec les troncs d'arbres et le sol, maintenant ainsi la cohérence à travers les saisons et les climats.

Régions couvertes de neige et de glace :
Le radar à synthèse d'ouverture (SAR) en bande L est également performant sur la neige sèche et la glace, offrant une meilleure stabilité du signal comparativement aux bandes à haute fréquence, qui sont plus sensibles aux changements de surface et à l'humidité.

Bruit atmosphérique et décorrélation du signal :
La combinaison de la haute résolution de surface de la bande S et de la résilience atmosphérique de la bande L permet aux utilisateurs de croiser les résultats et de réduire le bruit atmosphérique grâce à des algorithmes de post-traitement.

Pourquoi c'est important pour les professionnels de l'InSAR

Les répercussions sont directes pour l'analyse InSAR :

• Cartes de déformation temporelles plus cohérentes dans les terrains forestiers ou glacés
• Plus grande confiance dans les données InSAR brutes, avec moins de lacunes ou de faux signaux
• Grâce aux modèles atmosphériques et à l'architecture de traitement appropriés, NISAR s'avérera être un outil de soutien supérieur pour la prise de décision en matière d'entretien des infrastructures, de surveillance des ressources et d'intervention en cas de catastrophe dans les régions aux géométries de terrain, à la végétation et à la couverture neigeuse complexes.

Nouvelles possibilités pour la surveillance des mouvements du sol avec NISAR

Surveillance des mouvements sous la surface : biomasse et déplacements du sol

Comme le SAR en bande L interagit avec les couches superficielles du sous-sol, NISAR peut appuyer des études avancées sur :

• Changements de l'humidité du sol et phénomènes de gonflement/retrait
• Affaissement au niveau de la zone racinaire dans les terres agricoles
• Surveillance du pergélisol et des mouvements glaciaires

Un exemple concret : nos travaux antérieurs sur la surveillance des infrastructures publiques dans les régions de pergélisol du Nord canadien pourraient bénéficier des données à double bande de NISAR.

Combiné à des données de terrain auxiliaires, cela ouvre de nouvelles avenues pour la modélisation environnementale 3D et l'analytique prédictive.

Imagerie quad-pol pour une caractérisation plus riche des surfaces

Le système en bande L de NISAR est entièrement polarimétrique (quad-pol), capable d'émettre et de recevoir des polarisations horizontales et verticales. Cela produit quatre canaux de signal indépendants :

Ce que cela permet : Alors que le radar à synthèse d'ouverture (SAR) à polarisation simple ou double offre des informations limitées, les données quad-pol permettent une caractérisation beaucoup plus riche et détaillée de la surface terrestre. En analysant la façon dont la polarisation du signal change lors de la réflexion, les scientifiques peuvent déduire des informations détaillées sur la structure, l'orientation et les propriétés physiques des objets au sol.

Une capacité de stockage embarquée massive pour un minimum de lacunes

Grâce à son enregistreur à semi-conducteurs (SSR) haute capacité et à son système de transmission en bande Ka, NISAR peut collecter et transmettre 85 To de données par jour, soit plus que tout autre satellite d'observation de la Terre précédent.

Ce que cela permet : La promesse d'une vision cohérente, sans lacunes et fréquemment mise à jour des changements terrestres, avec une résolution plus élevée et un champ de vision plus large. Cela permet également à NISAR de suivre :

• Les risques à évolution lente comme l'affaissement, le compactage des réservoirs et l'instabilité des pentes
• La dynamique post-événement après des tremblements de terre, une activité volcanique ou des défaillances d'infrastructures

NISAR en bref : caractéristiques clés

Remarques finales

NISAR représente une avancée majeure dans l'observation de la Terre par satellite, offrant une combinaison rare de SAR bi-fréquence, de couverture à grande échelle et de données en libre accès.

Sa conception technique répond à certaines des limites les plus persistantes de la surveillance des mouvements du sol par InSAR, de la perte de cohérence dans les régions forestières au compromis entre résolution et couverture. Pour les praticiens travaillant dans les domaines du risque géotechnique, de la résilience des infrastructures et de la surveillance environnementale, NISAR introduit un nouveau niveau de fiabilité et d'accessibilité.

Alors que cette mission entre en service opérationnel complet, elle établit une nouvelle norme pour la manière dont la déformation du sol peut être observée, comprise et traitée, tant à l'échelle locale que continentale.