Cette action concerne les programmes spatiaux d’étude et d’exploration de l’univers, ceux de la physique fondamentale et des sciences de la vie et de la matière ainsi que des activités relevant des sciences humaines et sociales. Elle a pour but de contribuer à l’avancement des connaissances scientifiques et de permettre de développer et de tester des technologies spatiales innovantes.

Les programmes financièrement les plus importants (par exemple, les missions GAIA, JUICE ou PLATO) sont menés au sein de l’Agence spatiale européenne, essentiellement dans le cadre du programme scientifique obligatoire (auquel les États membres contribuent au prorata de leur produit national brut) : ce programme finance les missions après appel à propositions, les instruments embarqués constituant les apports en nature des États membres. La contribution française correspondante est portée par le Centre national d'études spatiales (CNES). Les ressources pour le développement puis l’exploitation des instruments français embarqués (contributions nationales en nature) proviennent à la fois du CNES et des établissements publics concernés. Par exemple, pour l'instrument SuperCam à bord de la mission Mars 2020, les ressources proviennent des CNRS, LALN, IRAP, LESIA, LAB, LATMOS, OMP, IAS, ISAE-SUPAERO.

En complément, le CNES mène des programmes nationaux ou en coopération bilatérale, comme par exemple l’ensemble instrumental Supercam embarqué sur le rover Persévérance de la mission Mars 2020 de la NASA qui a été lancé le 30 juillet 2020 et s’est posé dans le cratère Jezero de la planète Mars en février 2021.

L’objet de cette action est de contribuer à l’avancement des connaissances scientifiques et de préparer, développer et tester des outils spatiaux destinés à des utilisations au service des politiques nationales et européennes. C’est ainsi qu’ont été lancées les filières de satellites météorologiques (avant leur transfert sous la responsabilité d'Eumetsat), des instruments ou des satellites d’observation de l’atmosphère (IASI-NG, Calipso…), les satellites « Spot » ou « Pléiades » d’observation optique, ou encore les satellites d’océanographie « Jason ».

Les activités concernées peuvent être menées dans le cadre d’un programme facultatif de l’ESA ou dans un cadre national ou bilatéral, comme pour les missions SWOT avec la NASA, CFOSAT avec la Chine lancée en octobre 2018, ou encore TRISHNA avec l’Inde, cas historiquement plus fréquent que pour l’action n° 1.

Le programme européen « Copernicus » de surveillance mondiale pour l’environnement et la sécurité, mené conjointement par l’Agence spatiale européenne et l’Union européenne, marque l’implication croissante de cette dernière dans ce domaine. En effet, en application du traité de Lisbonne qui confère à l'Union européenne une compétence pour le domaine spatial, celle-ci a désormais un rôle majeur dans la mise en œuvre de la stratégie spatiale européenne et le financement des grands programmes. La partie aval dite de « User Uptake » de Copernicus est en revanche déléguée à un consortium d’États membres, dont la France fait partie. A la ministérielle ESA 2019, les États Membres ont très largement souscrit au programme d’évolution de la composante spatiale de Copernicus. Ce budget permettra d’assurer le développement des prototypes des six futures missions Sentinels dont les satellites récurrents et les opérations seraient  ensuite financés par la Commission européenne. Le BREXIT est néanmoins susceptible d’impacter les marges budgétaires de la Commission, ce qui pourrait conduire à redimensionner ces futures missions.  La France a remporté mi 2020 plusieurs contrats pour ces futurs satellites dont la maîtrise d’œuvre de la mission hyperspectrale CHIME (gestion durable de l’agriculture, de la biodiversité et caractérisation des propriétés des sols) ou encore les instruments pour les Sentinels CO2M (mesure du carbone), LSTM (mesures dans l’infrarouge thermique pour la surveillance et la gestion des ressources en eau et des cultures) et CRISTAL (altimètre pour la topographie des glaces et des neiges polaires).

Une nouvelle thématique forte porte sur la compréhension et le suivi du changement climatique, pour lequel le spatial a intrinsèquement un apport majeur. Au-delà des contributions à des programmes dans un cadre de coopération bilatérale (projets Merlin et Microcarb) ou européen (futurs Sentinels de Copernicus), la France et le CNES ont pris depuis le « One Planet Summit » fin 2017 le leadership au niveau des agences spatiales sur cette thématique de par la proposition de développement d’un Space Climate Observatory afin de diffuser et tirer au mieux partie de la donnée spatiale au profit de cet enjeu sociétal.

Cette action concerne les programmes spatiaux de télécommunications et de navigation-localisation-synchronisation. Elle permet de préparer, développer et tester des technologies et des systèmes spatiaux destinés à des utilisations opérationnelles. Les domaines en question possèdent un caractère dual très affirmé, c’est-à-dire que les travaux de recherche menés dans ce cadre peuvent trouver des applications tant civiles que militaires.

L’effort technologique entrepris permet également de renforcer la position de l’industrie française sur le principal marché spatial commercial viable aujourd’hui, à savoir celui des télécommunications qui est en pleine révolution au niveau des usages comme des technologies.

Les activités de télécommunications peuvent être conduites sous l’égide de l’ESA ou au niveau national. Combiné à des financements du Programme d’Investissements d’Avenir (PIA) et des financements ESA, le programme multilatéral du CNES sert, entre autres, au développement de la nouvelle génération de ces satellites de télécommunications avec des travaux engagés au niveau des plates-formes (NEOSAT), de la propulsion-électrique, des charges utiles Internet très haut débit et du segment sol associé (THD-SAT), des processeurs numériques ou encore des communications optiques et autres technologies permettant d’intégrer une dose de flexibilité dans des satellites Internet (SPACE INSPIRE, ONESAT – 4 satellites commandés à Airbus Defence & Space). Développé dans ce cadre, le satellite de dernière génération KONNECT VHTS (Very High Throughput Satellite ou satellites de télécommunications de très grande capacité) fabriqué par Thales Alenia Space pour Eutelsat sera lancé en 2021. Le marché des télécommunications par satellite, fortement ralenti depuis trois ans, a connu un rebond en 2019 mais risque de subir dans les années qui viennent l’impact du Covid-19 puisqu’une partie du modèle économique des opérateurs reposait sur l’expansion des besoins de connectivité en mobilité.  Enfin, de nouvelles solutions pour l’internet des objets sont à l’étude comme la constellation de nanosatellites Kineis.

Le programme européen «GALILEO » de navigation-localisation-synchronisation, mené initialement conjointement par l’ESA et l’Union européenne, marque l’implication de cette dernière dans ce domaine. Depuis 2007, le programme « GALILEO » est ainsi intégralement financé par l’Union européenne ; des activités de R&T sont toutefois encore menées sur financement national (par le CNES ou via l’ESA) pour préparer les futures générations de satellites. La constellation « GALILEO » compte désormais 22 satellites opérationnels en orbite. Le lancement du dernier batch de satellites Galileo de première génération débutera en novembre 2021. Plus de deux ans après le lancement de l’appel d’offre – financé par l’Union européenne –  pour le premier batch de 12 satellites de deuxième génération, l’ESA a notifié en février et mai 2021 deux contrats à Airbus Defence & Space et Thales Alenia Space pour un total de 1,6 milliard d’euros. « GALILEO »est complété par le programme « EGNOS » qui corrige et améliore la qualité des signaux des constellations de positionnement GNSS. EGNOS apporte une garantie d’intégrité et une précision de mesure suffisante pour autoriser l’usage de ces systèmes par l’aviation civile comme moyen exclusif. Le CNES encourage l’usage de ces technologies par d’autres secteurs comme le ferroviaire ou les véhicules autonomes.

Cette action concerne les programmes de lanceurs spatiaux et des infrastructures associées (centre spatial guyanais - CSG). Elle a pour but de préparer, de développer et de qualifier les systèmes de lancement assurant à l’Europe l’autonomie d’accès à l’espace au meilleur coût pour les puissances publiques. La commercialisation des services de lancement est assurée par Arianespace, filiale d’ArianeGroup.

Les développements et les qualifications des lanceurs « Ariane » et « Vega », ainsi que l’implantation du lanceur russe « Soyouz » au CSG, ont été menés sous l’égide de l’ESA, en équipe intégrée avec les équipes du CNES.

Les engagements pris à la conférence ministérielle de l’ESA en novembre 2019 avaient un objectif quadruple : finaliser  le développement d’Ariane 6 et Véga C, assurer la transition entre Ariane 5 et Ariane 6, moderniser le Centre Spatial Guyanais et préparer le futur (moteur à bas coût Prometheus, démonstrateur Thémis pour la récupération et la réutilisation d’un lanceur). Grâce à sa conception et à l’organisation industrielle mise en place, Ariane 6 permettra à l’Europe de disposer d’un lanceur plus compétitif qu’Ariane 5 et mieux adapté à l’évolution des missions. La production des premiers lanceurs a été lancée début 2019 et le premier vol d’Ariane 6 est attendu en 2022.

Cette action concerne :

- la station spatiale internationale (ISS) ;

- la conception, le développement de plates-formes de mini et de micro-satellites (à ce jour, les filières « Proteus », « Myriades » et « Myriade Evolution »), jusqu’à des nanosatellites utilisés en particulier pour des démonstrateurs en vols comme la mission ANGELS mise en orbite le 18 décembre 2019 et qui démontre la faisabilité de la future constellation française de 25 nano-satellites Kinéis devant offrir une connectivité dédiée à l'Internet des objets basée sur la technologie du système Argos de localisation et de collecte de données géo-positionnées par satellite ;

- la conception, le développement et la mise en œuvre de ballons atmosphériques destinés à emporter des expériences d’astrophysique ou d’observation du système Terre-atmosphère. Plusieurs campagnes ont eu lieu en 2019 comme la campagne « STRATOSCIENCE 2019 » qui s’est déroulée à Timmins au Canada à l’été avec quatre vols de ballons stratosphériques ouverts dont le 3ème vol de PILOT ou la première campagne de vol ballons de Stratéole 2 (mesures en zone tropicale) qui a débuté au 4ème trimestre 2019. Les campagnes scientifiques de STRATEOLE 2 sont prévues lors des hivers 2021/2022 et 2024/2025 ;

- les activités de recherche concernant les technologies génériques qui doivent permettre d’améliorer les performances des satellites en termes de fiabilité, de puissance disponible, de masse embarquée, de contrôle d’altitude et d’orbite, de stockage et de transmission de données ou de capacités de calcul, sans oublier les performances des charges utiles.

Hormis la station spatiale internationale, qui est un programme international auquel la France contribue principalement au travers de l’ESA, les travaux sont menés essentiellement dans un cadre national.

Cette action porte sur le fonctionnement général du CNES et les investissements associés.

Cette action concerne la contribution française aux programmes de satellites météorologiques développés par l’Organisation européenne pour l'exploitation des satellites météorologiques (EUMETSAT). Ces opérations d’investissement lourdes sont ainsi partagées entre les 30 États membres, dont la France qui est représentée au Conseil par Metéo-France. Les moyens mis en place sont coordonnés à l’échelle mondiale, principalement avec nos partenaires américains et japonais, ce qui permet d’avoir accès aux données recueillies par leurs satellites.

Deux familles de satellites sont concernées :

• les METEOSAT (géostationnaires) : Meteosat Second Génération (MSG) et Meteosat Third Generation (MTG) dont le premier devrait être lancé à l’été 2022 ;

• les METOP (satellites polaires européens en orbite basse) : Eumetsat Polar System (EPS) et Eumetsat Polar System Second Generation (EPS-SG) dont le premier lancement est prévu en 2023.

Toutes deux font l’objet de développements délégués par EUMETSAT à l’ESA, la production et les opérations étant ensuite réalisées par EUMETSAT.

Les États contribuent au prorata de leur PNB, il n’y a pas de retour géographique contrairement à l’ESA. Les industriels français sont particulièrement bien placés sur les nouvelles générations de satellites en cours de développement : MTG et METOP-SG. Fruit d’un accord avec EUMETSAT, le CNES exerce par ailleurs la maîtrise d’ouvrage du sondeur atmosphérique IASI-NG au profit de ce dernier programme.

S’ajoutent à cela quelques programmes facultatifs, tels que JASON-CS (satellite océanographique altimétrique), en coopération entre Eumetsat, ESA et l’Union européenne  et qui a été lancé fin 2020.