Contexte

Sentinel-2 est la composante optique multi-spectrale du programme européen Copernicus. Ses deux satellites opérationnels en orbite depuis mars 2017 (Sentinel-2 B) et septembre 2024 (Sentinel-2 C) ont pour mission d’acquérir en continu des images multi-spectrales à haute résolution (13 bandes spectrales entre 10 et 60 mètres de résolution spatiales) des surfaces terrestres émergées et avec une courte périodicité (autour de 5 jours) entre deux observations.

La continuité des observations peut être renforcée en exploitant les images multi-spectrales fournies par d’autres satellites tels que SPOT et Landsat.

Sentinel-2 A, lancé en juin 2015 et remplacé depuis janvier 2025 par Sentinel-2 C, reste fonctionnel. Il va continuer à être exploité pendant quelques temps encore, offrant une fréquence d’observation encore plus grande, notamment sur l’Europe.

Sentinel-2 offre au sein de Copernicus des données brutes qui, après traitements, permettent le suivi de nombreuses thématiques telles que l’occupation des sols, l’urbanisation, l’évolution des forêts, des zones humides et de la végétation, des glaciers et des littoraux. Les quatre missions principales d’observation sont regroupées sous les thèmes suivants :

• Santé des plantes et phénologie : l’observation par Sentinel-2 regroupe des données-clés (à travers ses 3 longueur d’onde rouge – proche infrarouge) sur la végétation, la couverture humide, la chlorophylle et les différentes cultures en place.
• Changements des sols : l’occupation des sols et son évolution au cours du temps sont indispensables pour gérer les ressources naturelles, observer la déforestation et ses impacts, et préparer une occupation durable des sols.
• Ressources hydriques : observer la qualité de l’eau à travers sa turbidité et sa pollution, l’évolution des algues dangereuses et l’impact humain sur les littoraux.
• Cartographie d’urgence et des risques : à travers le programme Copernicus Emergency Management Services, Sentinel-2 peut analyser l’évolution des catastrophes naturelles (ouragans, feux de forêts, etc..), prévenir et suivre les inondations. Sentinel-2 a même apporté de précieuses données pour le suivi des foyers de malaria en repérant avec précision les conditions au sol qui favorisent l’apparition de foyers épidémiques.

La mission Sentinel-2 collecte de façon systématique les données terrestres continentales au-delà de 56° Sud (latitude du Cap Horn) jusqu’à 83° Nord (Nord du Groënland). Cela inclut :

• Les îles à la surface supérieure à 100km²
• Les îles au sein de l’Union Européenne
• Les littoraux et toutes terres situées à moins de 20km des côtes
• La mer Méditerranéenne
• Les lacs et mers fermées

Déroulé du projet

Sentinel-2 B et C sont sur une orbite circulaire héliosynchrone à 786 km d’altitude en moyenne, inclinée à 98,62°. Cela signifie qu’un point du globe est observé tous les 5 jours avec les mêmes conditions d’éclairement et de visée. Les variations du paysage constatées sont ainsi plus facilement attribuables aux facteurs saisonniers ou naturels qu’à des changements des conditions de mesure. Les satellites survolent les mêmes zones du globe avec une illumination systématiquement identique, correspondant à 10h30 du matin au-dessus des zones survolées. Cela évite au maximum les ombres au sol, tout en minimisant la couverture nuageuse. De plus, les passages de Sentinel-2 B et C sont prévus pour être compatibles avec les images des programmes SPOT-5 et Landsat : les images peuvent être fusionnées pour améliorer la fréquence temporelle d’observation.

Organisation

Sentinel-2 est une composante importante du programme européen Copernicus. La Commission Européenne fixe ses objectifs et assure la responsabilité financière de Copernicus, tandis que l’ESA est chargée de sa mise en application en collaboration avec les instances européennes et les agences nationales. L’organisation européenne pour les satellites météorologiques (EUMETSAT) et le centre européen de prévision météorologique (ECMWF) sont aussi partie intégrante de Copernicus.

L’ESA est responsable des opérations du segment sol des missions Sentinel-1, 2 et 3 et du satellite Sentinel-5p, qui collectent chaque jour des milliers d’images. Ces données sont disponibles de façon ouverte et gratuite aux utilisateurs, avec un objectif ambitieux : mieux comprendre notre planète et améliorer la qualité de vie des citoyens européens.

Le rôle du CNES

Le CNES dispose d’une expertise reconnue des satellites optiques pour l’observation terrestre grâce au programme SPOT. L’agence a livré son savoir-faire pour les logiciels de traitement des images brutes de Sentinel-2, et pour l’étalonnage des instruments en vol, notamment au cours de la phase de préparation en orbite avant la mise en service définitive. Le CNES assure également un suivi continu de la qualité radiométrique et géométrique des images produites. Le CNES s’est engagé pour la diffusion des données de Copernicus au grand public et organise des campagnes de validation pour que de futures applications puissent exploiter efficacement les données de Sentinel-2.

Les images de Sentinel-2

Les images « brutes » (aussi appelées niveau 1A) de Sentinel-2 ne sont pas accessibles pour le grand public. Les données transférées sur les serveurs au sol doivent d’abord être traitées, géolocalisées et étalonnées (les traitements sont décrits dans les Algorithm Theoretical Basis Document). Les images sont ensuite découpées en « tuiles » (zones de 110 km par 110 km se recouvrant de 10 km) et mises à disposition sur une plateforme ESA dédiée : le Copernicus Data Space Ecosystem (CDSE). 

Le CNES fournit aussi ces images tuilées sur sa plateforme GEODES au niveau 1C, corrigées géométriquement et en réflectance au sommet de l’atmosphère ; ou au niveau 2A, données de réflectance au sol corrigées de l’atmosphère. Le niveau 2A produit par le CNES est issu de la chaîne de traitement Sentinel-2 MAJA, développée par le CESBIO (Centre d’Etudes Spatiales de la Biosphère) et initiée avec l’agence spatiale allemande DLR en 2005. Les données de réflectance MAJA tirent parti des acquisitions prises au cours du temps pour améliorer les corrections et fournissent des masques précis d’eau, de nuages et d’ombres de nuages.

Les images de Sentinel-2 au niveau 2A sur le site de Theia