Aux Etats-Unis, les laboratoires de la NASA apportent une contribution majeure à la recherche environnementale et à la compréhension des phénomènes climatiques.
Cet article a été préparé par Françoise Strasser à partir du rapport "Les pôles d'excellence en recherche environnementale aux Etats-Unis - Vol. 1 : les acteurs fédéraux" réalisé par Elodie Pasco et Gautier Le Maux, du service pour la Science et la Technologie de l'ambassade de France au Etats-Unis, que nous remercions pour leur collaboration.
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Focus :
FFRDC, les nouveaux centres d'excellence
Afin de rassembler les chercheurs autour de thématiques de recherche prioritaires, le Gouvernement fédéral multiplie les initiatives pour la création de centres d'excellence et le lancement de programmes interdisciplinaires. Ainsi par exemple, les FFRDC (Federally Funded Research and Development Centers) sont des centres financés par le Gouvernement pour répondre à des besoins technologiques spécifiques ne pouvant être pris en charge par une organisation unique. Ces centres sont en général gérés par une université ou une organisation à but non lucratif et travaillent en étroite collaboration avec l'agence gouvernementale dont ils dépendent.
Glossaire :
[1] Bilan radiatif : équilibre entre l'énergie solaire arrivant sur la Terre et celle réémise par la planète.
[2] LIDAR (LIght Detection And Ranging) : technologie d'observation de la surface terrestre basée sur l'émission-réception de faisceaux Laser, système équivalent au radar mais dans les domaines du visible, de l'ultraviolet et de l'infrarouge.
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La NASA est une agence fédérale qui mène d'importants travaux de recherche sur l'environnement auxquels elle consacre un budget annuel de l'ordre du milliard de dollars. Les projets de recherche sont menés en partenariat avec d'autres agences et ministères fédéraux et de grands programmes sont développés avec le Japon et la France.
Aux Etats-Unis, le budget fédéral de R&D alloué aux sciences environnementales a représenté environ 1,6% du budget global consacré à la R&D par le Gouvernement en 2006, soit près de 2,2 milliards de dollars selon les estimations de l'AAAS (American Association for the Advancement of Science). En effet, pour l'année 2006, le budget global fédéral attribué à la R&D a atteint 134,8 milliards de dollars, et pour 2007, le président a proposé 136,9 milliards. Les pôles majeurs d'investissement sont la Défense (57% du budget fédéral de R&D), la Santé (22%) et l'Espace (8%). Les sciences environnementales font intervenir un ensemble de disciplines scientifiques qui participent de près ou de loin à la recherche sur les thématiques de l'environnement, comme l'énergie, les transports, les matériaux et le bâtiment, l'agriculture, etc. Ainsi par exemple, l'énergie, représente également 1% du budget R&D.
Les institutions qui jouent un rôle majeur dans le secteur des sciences relatives à l'environnement sont, d'une part, les agences fédérales indépendantes - NASA (National Aeronautics and Space Administration), NSF (National Science Foundation), EPA (Environmental Protection Agency) - ou rattachées à des ministères - NIH (National Health Institute), NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) - et, d'autre part, les ministères en charge de la Défense (Department of Defense, DoD), de l'Energie (DoE), de l'Agriculture (USDA) et des Transports (DoT) (voir "Les programmes fédéraux de R&D sont administrés par les agences et départements fédéraux" en fin d'article).
Etude de l'environnement au sens large
La NASA (National Aeronautics and Space Administration) a été créée en 1958 pour mener des missions d'exploration spatiale ainsi que des travaux de recherche pointus en aéronautique, indispensables à la réalisation de ces missions. Les technologies développées par la NASA ayant des applications multiples, elles ont élargi le champ d'action à des domaines scientifiques divers et en particulier les technologies de l'information et de la communication ou encore les sciences de la terre et de l'univers avec l'observation satellitaire notamment. Le budget global de R&D de la NASA a dépassé les 11 milliards de dollars en 2006.
Ce budget est partagé entre la recherche intra-muros effectuée dans les dix centres de recherche de la NASA (voir "Les programmes fédéraux de R&D sont administrés par les agences et départements fédéraux" ci-contre) et la recherche extra-muros (plus de 50% du budget) menée dans les laboratoires industriels et universitaires et dans les nouveaux centres d'excellence, les Federally Funded Research and Development Centers (FFRDC ; voir "FFRDC, les nouveaux centres d'excellence" ci-contre). Les programmes de recherche de la NASA sont structurés au sein de quatre directions : Aeronautics (5% du budget), Exploration Systems (19%), Science Directorate (33%) et Space Operations (43%).
La recherche environnementale est menée par la division "Earth-Sun Systems" du Science Directorate. Cette division a pour mission de comprendre l'évolution du système terrestre, les relations et interactions entre le soleil, la terre et l'ensemble du système solaire, ainsi que les conséquences de ces échanges sur la vie sur Terre. Le budget de cette division a été de 2,1 milliards de dollars en 2006. D'après les chiffres de la NSF, environ la moitié - soit près de 1 milliard de dollars - est consacré à la recherche en sciences environnementales proprement dites, c'est-à-dire l'étude du climat et des changements climatiques, l'analyse de l'évolution et de l'utilisation des sols et l'évaluation des risques naturels (tremblements de terre, courants marins, pluies diluviennes, inondations, tempêtes, etc.).
Leader, le Goddard Institute for Space Studies de New York
L'essentiel de la recherche en environnement menée par la NASA est effectuée dans les laboratoires du Goddard Space Flight Center, et plus précisément au Goddard Institute for Space Studies de New York. Cet institut est un centre de référence dans le domaine de la modélisation atmosphérique et climatique ; sa mission consiste à prévoir les changements qui surviendront au XXIe siècle, à partir de l'analyse des données obtenues par l'observation depuis l'espace et de la modélisation des processus océaniques, atmosphériques et terrestres. Autour de cet Institut, trois autres unités du Goddard Space Flight Center sont impliquées dans ces travaux de recherche : le Laboratory for Atmosphere, le Laboratory for Hydrospheric and Biospheric Sciences et l'Earth Observing System.
Parmi les dix centres de recherche de la NASA, le Langley Research Center mène également des travaux sur l'environnement. Il contribue à la recherche sur l'atmosphère, en mettant l'accent sur le bilan radiatif [1] de la terre et sur la chimie de l'atmosphère. Nombreux sont les programmes de recherche de la NASA menés en partenariat avec d'autres agences fédérales telles la NOAA ou l'US Geological Survey (USGS). Ainsi, Earth Systematic Missions est la mission qui utilise différents satellites d'observation terrestres. Elle comporte plusieurs projets d'envergure qui s'appuient essentiellement sur des satellites en orbite polaire (ceux-ci offrant une meilleure résolution que les satellites géostationnaires et couvrant l'ensemble du globe), comme par exemple le Landsat Program et le National Polar Orbiting Environmental Satellite System (NPOESS) Preparatory Projet.
Le programme Landsat a été développé par la NASA et l'USGS au le début des années 1970. Il étudie la surface de la planète, la structure de la croûte terrestre, l'évolution des ressources naturelles et du paysage (croissance urbaine, déforestation, mouvements de l'eau, etc.). Le satellite le plus récent, Landsat 7, a été lancé en 1999 et la NASA travaille actuellement sur le prochain satellite (Landsat Data Continuity Mission, LDCM).
NPOESS est une autre mission menée par la NASA en coopération avec la NOAA et l'US Air Force. Elle regroupe les systèmes de satellites en orbite polaire de la NASA et du DoD en un seul programme, dans un souci d'efficacité et pour améliorer le rendement de ces systèmes. Le NPESS Preparatory Projet (NPP) est le programme qui assure la transition entre les satellites actuels de la NASA (tels que Terra, qui recueille actuellement des données sur la composition de l'atmosphère, les radiations solaires et leurs effets sur la surface du globe, et Aqua, qui enregistre des informations pour étudier le cycle de l'eau) et NPOESS. NPP consiste à lancer un satellite intégrant quatre instruments de mesure qui seront installés et testés sur NPOESS. Le lancement initialement prévu pour 2006 a été repoussé à 2008.
Nouveaux satellites pour missions sur orbite plus efficaces
D'autres projets encore font partie de ce programme, tels que Glory, un satellite qui doit relever des données optiques, physiques et chimiques ainsi que des informations sur la distribution spatiale et temporelle des aérosols et dont le lancement est prévu en décembre 2008. La Global Precipitation Mission (GPM) est un partenariat avec l'agence spatiale nippone pour la mesure des précipitations mondiales et l'Ocean Surface Topography Mission (OSTM) est un partenariat entre la NASA, la NOAA, l'European Organization for the Exploitation of Meteorological Satellites et le CNES (Centre national d'études spatiales, l'agence française de l'Espace) pour la caractérisation de la surface océanique.
Earth System Science Pathfinder est un programme formé d'une série de projets de moindre envergure, de coût modéré et portant sur des périodes plus courtes. Les projets sont sélectionnés parmi les réponses aux appels d'offres lancés par la NASA. CloudSat et Calipso sont les deux derniers satellites lancés par le programme en 2006. Cloudsat doit servir à améliorer la modélisation des nuages et de mieux comprendre leur rôle dans les processus climatiques. Calipso (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations), grâce à son lidar [2], permet d'observer les aérosols et les nuages plus minces invisibles pour les radars classiques. Deux nouveaux projets sont à l'étude : OCO (Orbiting Carbon Observatory) qui devra mesurer les concentrations atmosphériques de CO2 et permettra de mieux identifier les sources et les puits de carbone, et Aquarius, qui va mesurer la salinité de la surface des océans. Les lancements de ces instruments de détection et de mesure sont prévus en 2008 et 2009.
Le Gouvernement fédéral est ainsi le principal financeur de la recherche universitaire et représente plus de 50% des fonds alloués. Environ 20% des fonds fédéraux pour la R&D vont à la recherche conduite dans les universités publiques et privées qui jouent un rôle prépondérant dans la recherche. Les états, les gouvernements locaux et l'industrie participent également à son financement. Au total, les universités dépensent plus de 40 milliards de dollars par an pour les activités de R&D (43 milliards de dollars en 2004 par exemple). Quant au secteur industriel, il investit plus de 200 milliards de dollars par an dans la R&D depuis quelques années (dont environ 10% provenant de fonds fédéraux).
Le point sur :
Les programmes fédéraux de R&D sont administrés par les agences et départements fédéraux
La plupart de ces agences et départements fédéraux subventionnent à la fois des projets de recherche menés dans leurs laboratoires propres (intra-muros), et des projets menés dans les nombreux laboratoires universitaires et industriels (recherche extra-muros).
- Trois agences indépendantes :
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
Environmental Protection Agency (EPA)
National Science Foundation (NSF)
- Trois ministères :
Department of Defense (DoD)
Department of Energy (DoE)
Department of Homeland Security (DHS), sécurité intérieure
- Quatre ministères relayés par des agences :
Department of Health and Human Services (DoHHS) relayé par les National Institutes of Health (NIH) Department of Commerce (DoC) relayé par :
- le National Institute of Standards and Technology (NIST)
- la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Department of Interior (DoI) dont dépendent :
- l'US Geological Survey (USGS)
- le Fish and Wildlife Service
- le National Park Service l'US Department of Agriculture (USDA) dont dépend le Forest Service
