Faits:
A.
Le 21 février 2013, le Grand Conseil du canton de Genève a adopté une loi modifiant la loi sur la police (LPol; RSG F 1 05). A l'issue du délai référendaire, le Conseil d'Etat du canton de Genève a promulgué cette modification législative par arrêté du 17 avril 2013, publié dans la Feuille d'avis officielle du canton de Genève du 19 avril 2013. Ces modifications, intitulées "Mesures préalables", ont la teneur suivante:
Art. 21A Observation préventive
1 Avant l'ouverture d'une procédure pénale et afin de détecter la préparation de crimes ou de délits ou d'en empêcher la commission, la police peut observer secrètement des personnes et des choses dans des lieux librement accessibles aux conditions suivantes :
a) il existe des indices sérieux qu'une infraction pourrait être commise;
b) d'autres mesures de recherche d'information n'ont pas abouti, n'auraient aucune chance d'aboutir ou seraient excessivement difficiles.
2 Lors de l'observation, la police peut avoir recours à des enregistrements audio ou vidéo ou à d'autres moyens techniques.
3 Au-delà de 30 jours, l'autorisation du procureur de permanence est requise pour que l'observation se poursuive.
Art. 21B Recherches préventives secrètes
Afin de détecter la préparation de crimes ou de délits ou d'en empêcher la commission, la police peut engager un de ses membres, dont l'identité et la fonction ne sont pas décelables, au cours d'interventions brèves et sans utilisation d'une identité d'emprunt, aux conditions suivantes :
a) il existe des indices sérieux qu'une infraction pourrait être commise;
b) d'autres mesures de recherche d'information n'ont pas abouti, n'auraient aucune chance d'aboutir ou seraient excessivement difficiles.
Art. 22 Enquête sous couverture
1 Avant l'ouverture d'une instruction pénale et afin de détecter la préparation de crimes ou de délits ou d'en empêcher la commission, la police peut mener des enquêtes sous couverture aux conditions suivantes :
a) il existe des indices sérieux qu'une infraction pourrait être commise;
b) la gravité ou la particularité de l'infraction considérée le justifie;
c) d'autres mesures d'enquête n'ont pas abouti, n'auraient aucune chance d'aboutir ou seraient excessivement difficiles.
2 Seul un membre de la police peut procéder à des actes d'enquête sous couverture.
3 Le chef de la police peut doter l'agent infiltré d'une identité d'emprunt.
4 La mise en oeuvre d'actes d'enquête sous couverture est soumise à l'autorisation du chef du département.
5 L'article 151 du code de procédure pénale suisse, du 5 octobre 2007, s'applique par analogie.
B.
Par acte du 21 mai 2013, le Parti Socialiste Genevois, Les Verts genevois, A._, B._, C._ et D._ forment un recours en matière de droit public contre cette modification législative. Ils demandent l'annulation des art. 21A al. 2, 21B et 22 de la loi sur la police du 21 février 2013.
Le Conseil d'Etat et le Grand Conseil concluent au rejet du recours. Un deuxième échange d'écritures a eu lieu, au terme duquel les parties ont persisté dans leurs conclusions respectives.
Par ordonnance du 4 juillet 2013, le Président de la Ire Cour de droit public a rejeté la requête d'effet suspensif formée par les recourants.
C.
Le 1er octobre 2014, le Tribunal fédéral a délibéré sur le présent recours en séance publique.

Considérant en droit:
1.
Le recours en matière de droit public est ouvert contre les actes normatifs cantonaux (<ref-law>).
1.1. L'acte attaqué ne pouvant être contesté, en droit genevois, par un recours cantonal (<ref-ruling> consid. 1.2 p. 246), le recours en matière de droit public est directement ouvert (<ref-law>).
1.2. L'<ref-law> confère la qualité pour former un recours en matière de droit public à quiconque est particulièrement atteint par la décision ou l'acte normatif attaqué (let. b) et a un intérêt digne de protection à son annulation ou à sa modification (let. c). Lorsque l'acte attaqué est un acte normatif, l'intérêt personnel requis peut être simplement virtuel; il suffit qu'il existe un minimum de vraisemblance que le recourant puisse se voir un jour appliquer les dispositions contestées. Un intérêt de fait est suffisant (<ref-ruling> consid. 1.4 p. 81).
En l'occurrence, la modification législative litigieuse pose certaines restrictions à la protection de la sphère privée. Les citoyens recourants, domiciliés dans le canton de Genève, sont susceptibles de faire l'objet d'une des mesures préalables prévues par la loi querellée. Cela suffit pour admettre leur qualité pour agir. La qualité pour recourir des partis politiques, dont les intérêts de la majorité des membres sont touchés et dont le siège se trouve dans ce canton, doit aussi être admise (<ref-ruling> consid. 2.6.4 p. 47).
1.3. Le recours a été interjeté dans les trente jours suivant la publication de l'arrêté de promulgation (<ref-ruling> consid. 1.5 p. 81). Le délai de l'<ref-law> est ainsi respecté. Il y a donc lieu d'entrer en matière.
2.
Dans le cadre d'un contrôle abstrait des normes, le Tribunal fédéral examine librement la conformité d'un acte normatif au droit constitutionnel; il s'impose cependant une certaine retenue eu égard notamment aux principes découlant du fédéralisme et de la proportionnalité. Dans ce contexte, ce qui est décisif, c'est que la norme mise en cause puisse, d'après les principes d'interprétation reconnus, se voir attribuer un sens compatible avec les droits fondamentaux invoqués (<ref-ruling> consid. 2 p. 323). Le Tribunal fédéral n'annule dès lors une norme cantonale que lorsque celle-ci ne se prête à aucune interprétation conforme à la Constitution ou à la Convention européenne des droits de l'homme. Pour en juger, il faut notamment tenir compte de la portée de l'atteinte aux droits fondamentaux en cause, de la possibilité d'obtenir ultérieurement, par un contrôle concret de la norme, une protection juridique suffisante, et des circonstances concrètes dans lesquelles ladite norme sera appliquée (<ref-ruling> consid. 2 p. 39 s.; <ref-ruling> consid. 2 p. 248).
Le juge constitutionnel ne doit pas se borner à traiter le problème de manière purement abstraite, mais il lui incombe de prendre en compte dans son analyse la vraisemblance d'une application conforme aux droits fondamentaux. Les explications de l'autorité cantonale sur la manière dont elle applique ou envisage d'appliquer la disposition mise en cause doivent également être prises en considération. Si une réglementation de portée générale apparaît comme défendable au regard du droit supérieur dans des situations normales, telles que le législateur pouvait les prévoir, l'éventualité que, dans certains cas, son application puisse se révéler inconstitutionnelle ne saurait en principe justifier une intervention du juge au stade du contrôle abstrait des normes (<ref-ruling> consid. 2 p. 295; <ref-ruling> consid. 2.1 p. 86 et les arrêts cités).
3.
Dans un premier grief, les recourants se plaignent d'une violation du principe de la primauté du droit fédéral (art. 49 al. 1 Cst.). Ils soutiennent que les art. 21B et 22 LPol sont incompatibles avec les <ref-law> qui régiraient de manière exhaustive le domaine des investigations et des recherches secrètes. Ils avancent que l'absence au niveau fédéral d'une norme permettant l'investigation secrète préventive résulte non pas d'une lacune mais d'un silence qualifié; c'est volontairement que le législateur fédéral aurait décidé d'exclure les mesures d'investigations secrètes préventives "sauvages".
3.1. Selon l'art. 49 al. 1 Cst., le droit fédéral prime le droit cantonal qui lui est contraire. Ce principe constitutionnel de la primauté du droit fédéral fait obstacle à l'application de règles cantonales qui éludent des prescriptions de droit fédéral ou qui en contredisent le sens ou l'esprit, notamment par leur but ou par les moyens qu'elles mettent en oeuvre, ou qui empiètent sur des matières que le législateur fédéral a réglementées de façon exhaustive (<ref-ruling> consid. 3.4 p. 174).
L'art. 3 Cst. régit le système de répartition des compétences entre la Confédération et les cantons et dispose que les cantons sont souverains en tant que leur souveraineté n'est pas limitée par la Constitution fédérale et exercent tous les droits qui ne sont pas délégués à la Confédération. L'art. 42 al. 1 Cst. confirme le principe en précisant que la Confédération accomplit les tâches que lui attribue la Constitution. Dès lors, la Confédération ne peut intervenir que dans les domaines pour lesquels la Constitution la déclare compétente et lui attribue la compétence d'agir (principe de l'habilitation ponctuelle). A cet égard, l'art. 3 Cst. a valeur de clause subsidiaire générale au profit des cantons. Toutes les compétences qui ne sont pas attribuées à la Confédération ressortissent aux cantons (répartition intégrale des compétences). On ne pourrait ainsi admettre une lacune pour une tâche non citée dans la Constitution fédérale - au motif par exemple de son caractère de plus en plus supracantonal - et décréter cette tâche, pour cette raison, du ressort de la Confédération. De la même manière, des conventions passées entre la Confédération et les cantons et fixant des règles de droit ne sauraient modifier la répartition constitutionnelle des compétences (Rapport du Conseil fédéral du 2 mars 2012 donnant suite au postulat Malama du 3 mars 2010 "Sécurité intérieure. Clarification des compétences", FF 2012 p. 4180 et les références citées).
3.2. La compétence des cantons de veiller sur leur territoire au maintien de la sécurité publique et de l'ordre est réputée compétence originelle des cantons (Message du Conseil fédéral relatif à une nouvelle constitution fédérale, FF 1997 I 239; <ref-ruling> consid. 10.2.1 p. 29 s.). Les cantons exercent sur leur territoire la souveraineté en matière de police et disposent à ce titre de la compétence législative dans la perspective de l'accomplissement de leur mandat global de lutte contre les dangers. Le principe de la responsabilité primaire des cantons pour la sécurité sur leur territoire n'est contesté ni par la doctrine ni par la jurisprudence (art. 57 Cst.; <ref-ruling>; rapport du Conseil fédéral du 2 mars 2012 précité, FF 2012 p. 4161, 4181 et les références citées).
L'art. 123 al. 1 Cst. dispose que la législation en matière de droit pénal et de procédure pénale relève de la compétence de la Confédération. L'ouverture d'une procédure pénale est subordonnée à la présomption qu'une infraction a été commise. Le droit de la procédure pénale régit à cet égard les différentes mesures et étapes mises en oeuvre en vue de vérifier le bien-fondé de cette présomption et, le cas échéant, de poursuivre l'auteur de l'infraction. A l'inverse, la définition des moyens permettant de prévenir les infractions ou d'établir qu'elles peuvent être commises relève du droit de police, c'est-à-dire pour l'essentiel des cantons (cf. avis du Conseil fédéral du 23 mai 2012 sur le rapport de la Commission des affaires juridiques du Conseil national du 3 février 2012 sur l'initiative parlementaire "Investigation secrète. Restreindre le champ d'application des dispositions légales", FF 2012 p. 5183, 5185 et les références citées).
3.3. En l'occurrence, le CPP régit l'investigation secrète (<ref-law>), l'observation (art. 282 s. CPP) et les recherches secrètes (<ref-law>) uniquement lorsque des soupçons laissent présumer qu'une infraction a été commise (art. 286 al. 1 let. a, 282 al. 1 let. a et 298b al. 1 let. a CPP). Le droit fédéral ne contient en revanche aucune disposition sur laquelle peut se fonder l'action policière lorsqu'il n'y a pas encore de soupçons concrets d'infraction: tel est le cas par exemple de la communication sur des forums de discussion sur Internet ( chatrooms ) afin de prévenir la commission d'infractions sexuelles sur des enfants ou d'achats fictifs de drogue dans un but de prévention des infractions à la loi fédérale sur les stupéfiants (LStup) ou encore des achats-tests d'alcool afin de vérifier si les limites d'âge prescrites pour la remise de boissons alcooliques sont respectées (cf. Rapport de la Commission des affaires juridiques du Conseil national du 3 février 2012 sur l'initiative parlementaire "Investigation secrète. Restreindre le champ d'application des dispositions légales", FF 2012 5172; art. 13 du projet de loi fédérale sur le commerce des boissons alcooliques, FF 2012 1291, 1295).
Lors de la discussion devant les Chambres fédérales des <ref-law> relatifs aux recherches secrètes et entrés en vigueur le 1er mai 2013, une minorité de la Commission des affaires juridiques du Conseil national (ci-après: la Commission) a défendu l'idée qu'il faudrait inscrire les recherches secrètes préventives dans le droit fédéral comme le prévoyait l'art. 4 al. 1 let. a de la loi sur l'investigation secrète du 20 juin 2003 (LFIS; RO 2004 1409; abrogée lors de l'entrée en vigueur du CPP le 1er janvier 2011); ainsi, toute la Suisse appliquerait les mêmes règles en la matière. La majorité de la Commission a rejeté cette proposition, rappelant que la Confédération n'a pas la compétence législative nécessaire et que les cantons ont entamé, voire terminé, des travaux dans ce domaine (Rapport de la Commission du 3 février 2012 précité, FF 2012 5175). Le Conseil fédéral a aussi rejeté cette proposition, au motif qu'elle méconnaît la répartition constitutionnelle des compétences et qu'elle est étrangère aux principes qui fondent le CPP et qui veulent que les mesures préventives ne ressortissent pas aux autorités pénales (FF 2012 5185). Le Conseil national et le Conseil des Etats ont accepté la proposition de la majorité de la Commission (BO CN 2012 p. 1263, BO CE 2012 p. 1152, BO CN 2012 p. 2278, BO CE 2012 p. 1258).
Il ressort de ces débats devant les Chambres fédérales que le législateur fédéral n'a pas voulu réglementer les investigations secrètes préventives dans le CPP et que, dès lors, cette compétence appartient aux cantons en vertu du principe de la répartition intégrale des compétences. En effet, d'après le rapport de la Commission, la Confédération ne pourrait pas édicter les bases légales nécessaires, car il ne s'agit pas de mesures relevant du droit de la procédure pénale, pour lesquelles elle serait autorisée à légiférer en vertu de l'art. 123 al. 1 Cst.: les investigations secrètes préventives sont des mesures antérieures à l'ouverture de la procédure pénale, qui servent à prévenir ou à révéler une infraction potentielle; les bases légales nécessaires doivent s'inscrire dans la législation policière cantonale; il existe déjà une situation semblable dans le droit de la procédure pénale: l' observation, qui présente certaines similitudes avec les recherches secrètes, n'est réglée dans le CPP que dans la mesure où il s'agit d'élucider une infraction déjà commise; l'<ref-law> ne permet d'ordonner une observation qu'à la condition qu'il existe "des indices concrets laissant présumer que des crimes ou des délits ont été commis"; si une observation a pour objectif de prévenir ou de révéler des infractions qui pourraient être commises, elle ne peut se fonder sur les art. 282 s. CPP, mais nécessite une base légale dans le droit cantonal de police (Rapport de la Commission du 3 février 2012 précité, FF 2012 5172). Le Conseil d'Etat a édicté une telle base légale à l'art. 21A al. 1 de la loi genevoise sur la police, que les recourants ne contestent pas.
Quant aux investigations et recherches secrètes préventives, plusieurs cantons se sont déjà dotés des bases légales nécessaires. Dans d'autres cantons, les travaux législatifs en la matière sont en cours ou en préparation. Il convient de veiller à l'harmonisation des dispositions du CPP et des législations policières cantonales afin d'éviter les difficultés lors de l'exploitation dans le cadre de la procédure pénale des informations obtenues grâce à des mesures policières préventives. C'est pourquoi la Commission a coordonné ses travaux avec ceux de la Conférence des directrices et directeurs des départements cantonaux de justice et police (CCDJP), qui a élaboré un modèle de réglementation à l'intention des cantons (FF 2012 5173; Thomas Hansjakob, Die neuen Bestimmungen zu verdeckter Fahndung und Ermittlung, in: Forumpoenale 2013, p, 214 ss., 220 s.). Cette manière de procéder est conforme à la répartition des compétences entre cantons et Confédération telle qu'elle est prévue par la Constitution; elle est en outre apte à assurer une lutte appropriée contre la criminalité tout en garantissant les droits fondamentaux des citoyens.
3.4. Il s'ensuit que c'est à tort que les recourants soutiennent que l'investigation secrète préventiveest exhaustivement réglée par les art. 285a ss. CPP et qu'il ne reste aucune marge de manoeuvre pour que les cantons puissent introduire une réglementation à cet égard. Le grief de violation de l'art. 49 al. 1 Cst. doit ainsi être rejeté.
4.
Les recourants mettent ensuite en cause la conformité des art. 21A al. 2, 21B et 22 LPol à la Constitution fédérale et à la Convention européenne des droits de l'homme. Ils font valoir une violation de la protection de la sphère privée (art. 13 Cst. et 8 CEDH).
4.1. A teneur de l'art. 13 al. 1 Cst., toute personne a droit au respect de sa vie privée et familiale, de son domicile, de sa correspondance et des relations qu'elle établit par la poste et les télécommunications. L'alinéa 2 de cette disposition précise que toute personne a le droit d'être protégée contre l'emploi abusif des données qui la concernent.
L'art. 13 Cst. protège la sphère privée dans une acception large, qui comprend la protection des données personnelles ( Pascal Mahon, in Petit commentaire de la Constitution fédérale, 2003, n° 2 ad art. 13 Cst.; SYLVAIN MÉTILLE, Mesures techniques de surveillance et respect des droits fondamentaux, 2011, n. 226-228). Sont visés l'identité, les relations sociales et les comportements intimes de chaque personne physique, l'honneur et la réputation ainsi que, notamment, toutes les informations se rapportant à une personne qui ne sont pas accessibles au public, en particulier les informations relatives aux dossiers de procédures civiles, pénales ou administratives, qui porteraient atteinte à sa considération sociale (<ref-ruling> consid. 6.1 p. 380).
Dans le domaine de la protection des données, le droit à l'autodétermination en matière d'informations personnelles, consacré par la Constitution (art. 13 al. 2 Cst. et art. 8 CEDH), garantit que l'individu demeure en principe maître des données le concernant, indépendamment du degré de sensibilité effectif des informations en cause (<ref-ruling> consid. 8.2 p. 360 et les références citées).
4.2. En l'espèce, la loi cantonale litigieuse distingue trois mesures, l'observation préventive (consid. 4.2.1), les recherches préventives secrètes (consid. 4.2.2) et l'enquête sous couverture (consid. 4.2.3).
4.2.1. L' observation préventive (art. 21A LPol) est une mesure de surveillance qui intervient avant la commission d'une infraction et donc avant l'ouverture d'une procédure pénale, afin d'empêcher des infractions. Elle porte sur une personne ou une chose déterminée et s'étend sur une période relativement longue ou, du moins, elle doit avoir été planifiée pour une certaine durée. Elle n'est envisageable que dans des lieux librement accessibles au public et peut faire l'objet d'enregistrements audio ou vidéo. Au contraire des recherches préventives secrètes et de l'enquête sous couverture, un contact direct entre l'observateur et la personne cible n'est pas prévu (exposé des motifs du Grand Conseil). Au-delà de 30 jours, l'autorisation du procureur de permanence est requise (art. 21A al. 3 LPol). L'art. 21A al. 3 LPol a été modifié lors de son adoption par le Grand Conseil le 21 février 2013. Dans sa version antérieure, il prévoyait qu'au-delà de 30 jours, l'autorisation du chef du département était requise pour que l'observation se poursuive. Les recourants se réfèrent par erreur à cette première version.
4.2.2. Dans son exposé des motifs, le Conseil d'Etat définit les recherches préventives secrètes, prévues à l'art. 21B LPol, comme une forme plus légère d'investigation secrète, "moins invasive et par principe beaucoup plus ponctuelle. Celles-ci doivent permettre à des agents de police judiciaire n'agissant pas sous une identité d'emprunt, mais sans toutefois se faire connaître ès qualités des personnes avec lesquelles elles entrent en contact, de constater éventuellement que des infractions étaient sur le point d'être commises". "L'art. 21B LPol constitue ainsi la base légale qui manque actuellement à la police pour procéder à des opérations ponctuelles permettant de constater la commission de crimes ou délits sans que les agents de police judiciaire engagés fassent connaître leur identité ou leur fonction. Il s'agit donc de favoriser les interpellations en cas de "flagrant délit" hors les cas où des soupçons existent qu'une infraction a été commise, mais dans ceux où il est probable qu'elle pourrait être commise. C'est tout particulièrement en matière de trafic de stupéfiants qu'une telle mesure d'investigation pourra être déployée, notamment lorsque des policiers, engagés sur le terrain, se porteront faussement acquéreurs de drogues auprès de revendeurs. Sous l'angle de la politique criminelle, il s'agit là d'une démarche extrêmement précieuse puisque, en plus de permettre des interpellations qui seraient illusoires autrement, elle génère, pour les personnes se livrant à la fourniture de produits illicites, le risque permanent d'être confrontées à des policiers plutôt qu'à de véritables clients".
Au titre des conditions de mise en oeuvre, comme pour l'observation secrète, il doit exister des indices sérieux qu'une infraction pourrait être commise. Il faut compter en outre l'échec avéré ou probable d'autres procédés d'investigation.
4.2.3. Selon l'exposé des motifs du Conseil d'Etat, l' enquête sous couverture, prévue à l'art. 22 LPol, suppose quant à elle l'intervention d'un "agent infiltré", lequel dispose d'une identité d'emprunt. La police a la possibilité de procéder à des opérations d'enquête sous couverture avant la commission d'une infraction. Les conditions d'une telle mesure secrète tiennent en ceci : la probable commission d'une infraction grave ou particulière, d'une part, et l'échec avéré ou probable d'autres procédés d'investigation, d'autre part (clause de subsidiarité).
Une interprétation littérale de l'art. 22 al. 3 LPol permettrait de distinguer l'enquête sous couverture selon que l'agent infiltré dispose - ou non - d'une identité d'emprunt, dans la mesure où la disposition précitée prévoit que "le chef de la police peut doter l'agent infiltré d'une identité d'emprunt". Il ne ressort cependant pas des travaux préparatoires que le législateur genevois a voulu opérer une telle distinction. Par ailleurs, l'utilisation fréquente du verbe "pouvoir" par le législateur genevois dans le texte de la loi sur la police tend à démontrer que ce verbe doit être compris dans le sens de "avoir le droit de" (cf. art. 21A al. 1 et 2, 21B, 22A, 22B al. 1 et 2 LPol). L'enquête sous couverture prévue à l'art. 22 LPol implique donc nécessairement que l'agent infiltré dispose d'une identité d'emprunt.
4.3. Les art. 21B et 22 LPol constituent des atteintes à la protection de la sphère privée dès lors qu'ils impliquent l'intervention secrète de la police dans des domaines couverts par la sphère privée, soit notamment les relations sociales, la communication avec autrui et l'autodétermination. Il en va de même de l'enregistrement audio ou vidéo de données sur la voie publique, leur conservation et leur traitement, tels que prévus par l'art. 21A al. 2 LPol. Il découle de l'art. 36 Cst. que toute restriction d'un droit fondamental doit être fondée sur une base légale (les restrictions graves devant être prévues par une loi au sens formel), être justifiée par un intérêt public et être proportionnée au but visé.
Les recourants ne contestent pas l'existence d'un intérêt public (le maintien de l'ordre public et la prévention d'infractions). Ils se plaignent en revanche d'une violation des principes de la légalité (consid. 4.4) et de la proportionnalité (consid. 4.5).
4.4. Le principe de la légalité, consacré à l'art. 5 al. 1 Cst., exige que les autorités n'agissent que dans le cadre fixé par la loi. Hormis en droit pénal et fiscal où il a une signification particulière, le principe de la légalité n'est pas un droit constitutionnel du citoyen. Il s'agit d'un principe constitutionnel qui ne peut pas être invoqué en tant que tel, mais seulement en relation avec la violation, notamment, du principe de la séparation des pouvoirs, de l'égalité, de l'interdiction de l'arbitraire ou la violation d'un droit fondamental spécial (<ref-ruling> consid. 2.1).
L'exigence de la densité normative n'est pas absolue, car on ne saurait ordonner au législateur de renoncer totalement à recourir à des notions générales, comportant une part nécessaire d'interprétation. Cela tient à la nature générale et abstraite inhérente à toute règle de droit et à la nécessité qui en découle de laisser aux autorités d'application une certaine marge de manoeuvre lors de la concrétisation de la norme. Pour déterminer quel degré de précision on est en droit d'exiger de la loi, il faut tenir compte du cercle de ses destinataires et de la gravité des atteintes qu'elle autorise aux droits fondamentaux (<ref-ruling> consid. 7a p. 124; arrêt 2C_118/2008 du 21 novembre 2008 consid. 4.4). La jurisprudence admet en outre que, dans une certaine mesure, l'imprécision des normes peut être compensée par des garanties de procédure (<ref-ruling> consid. 6.2 p. 58 s.; <ref-ruling> consid. 4d p. 284).
En matière de droit de police, l'exigence de précision de la règle se heurte généralement à des difficultés particulières en raison de la spécificité du domaine à réglementer. En effet, la mission de la police et les notions de sécurité et d'ordre publics ne peuvent pas véritablement être décrites de façon abstraite. Il est donc difficile d'édicter des normes précises, tant du point de vue des conditions d'application que du point de vue des mesures de police envisageables (<ref-ruling> consid. 3.1 p. 90; <ref-ruling> consid. 6.2 et 6.3 p. 58 s.; <ref-ruling> consid. 4.2 p. 339 ss et les références citées).
4.4.1. En l'occurrence, s'agissant de l' observation préventive, les recourants déplorent qu'aucune information concernant la durée de conservation des données et qu'aucune limitation quant aux types de délits concernés n'existent. Ils soutiennent enfin que l'exigence de densité normative devrait être plus élevée, vu le cercle large de personnes potentiellement visées par la mesure - n'ayant aucun lien avec le milieu criminel - et la possibilité de filmer (et d'enregistrer) des lieux publics et des objets.
L'art. 21A LPol indique clairement ses objectifs. L'observation préventive n'est possible que dans des lieux librement accessibles au public dans le but de détecter la préparation de crimes ou de délits ou d'en empêcher la commission. La lettre a exige en outre des indices sérieux qu'une infraction pourrait être commise. Cette disposition n'est pas critiquable au motif qu'elle n'est pas rattachée à un catalogue d'infractions; le Tribunal fédéral a admis la constitutionnalité de réglementations cantonales en matière d'enregistrements visuels et sonores dans des lieux accessibles au public qui ne contenaient pas de catalogue d'infractions (<ref-ruling> consid. 8.5 p. 117 s.; <ref-ruling> consid. 6c p. 288). L'<ref-law> qui régit les enregistrements sonores et visuels de l'observation secrète en cas d'indices concrets laissant présumer que des crimes ou des délits ont été commis ne prévoit d'ailleurs pas de limitation quant au type d'infractions. Cette disposition ne fixe pas non plus de durée quant à la conservation des données (cf. <ref-ruling> consid. 5 p. 83 ss). L'art. 21A LPol repose ainsi sur une base légale suffisante.
4.4.2. S'agissant des recherches préventives secrètes, les recourants estiment que l'art. 21B LPol viole le principe de la légalité dans la mesure où il n'existe aucune liste limitative des infractions pour lesquelles il trouvera application et qu'il ne contient même pas les notions de gravité ou de particularité de l'infraction.
L'art. 21B LPol décrit la mesure prévue (l'engagement secret d'un membre de la police dans le cadre d'interventions brèves), son but (la recherche des informations en lien avec des crimes ou des délits futurs et la prévention de leur commission) et ses conditions (des indices sérieux et le respect des principes de nécessité et de subsidiarité). Le Grand Conseil et le Conseil d'Etat considèrent que l'application stricte des principes de nécessité et de subsidiarité font que seuls certains types bien particuliers de crimes ou de délits (eux-mêmes définis et tous d'un certain degré de gravité) pourront faire l'objet de recherches préventives secrètes. Ils soulignent qu'une liste serait concevable mais ne s'impose pas. Ils avancent encore que l'on peut certes être d'avis que certains délits ne mériteraient pas d'être prévenus par l'engagement secret d'un membre de la police: il s'agit toutefois d'un choix politique, qui n'a été ni celui du Conseil d'Etat, ni celui de la majorité du Grand Conseil ni celui des citoyens qui n'ont demandé aucun référendum contre la loi litigieuse.
La densité normative de l'art. 21B LPol n'est pas critiquable en raison du fait qu'aucun catalogue d'infractions n'est prévu. Les <ref-law> ne disposent d'ailleurs pas que le recours aux recherches secrètes est limité à certaines infractions. A l'instar de ce que prévoit l'<ref-law>, il n'est pas non plus nécessaire que l'art. 21B LPol contienne les notions de "gravité" et de "particularité", contrairement à ce que soutiennent les recourants. Le fait que les recherches préventives secrètes sont réservées aux crimes et aux délits et ne sont pas autorisées en cas de simples contraventions constitue déjà une limitation à l'activité policière: dans le cadre d'un contrôle abstrait des normes, cela suffit à respecter le principe de la légalité.
4.4.3. S'agissant de l' enquête sous couverture, l'art. 22 LPol viole, selon les recourants, le principe de la légalité dans la mesure où il ne contient aucune liste limitative des infractions pour lesquelles il trouvera application.
L'atteinte à la sphère privée causée par l'enquête sous couverture avec un agent infiltré disposant d'une identité d'emprunt doit être qualifiée de grave car elle instaure une relation de confiance entre l'agent infiltré, muni d'une fausse identité attestée par un titre, et la personne visée. L'intensité de l'atteinte est élevée car l'existence d'un titre attestant une fausse identité augmente le potentiel d'abus.
S'agissant de la densité normative, l'art. 22 LPol décrit la mesure prévue (la possibilité d'engager un agent infiltré), son but (la recherche des informations en lien avec des crimes ou des délits futurs et la prévention de leur commission) et ses conditions (des indices sérieux, la gravité et la particularité de l'infraction ainsi que le respect des principes de nécessité et de subsidiarité). Pour le Grand Conseil et le Conseil d'Etat, l'application stricte des principes de nécessité et de subsidiarité font que seuls certains types bien particuliers de crimes ou de délits (eux-mêmes définis et tous d'un certain degré de gravité) pourront faire l'objet d'enquête sous couverture. Ils insistent à nouveau sur le choix politique du Conseil d'Etat, de la majorité du Grand Conseil et des citoyens qui n'ont demandé aucun référendum contre la loi litigieuse, de ne pas concevoir de liste des infractions entrant en ligne de compte.
La densité normative de l'art. 22 LPol n'est pas critiquable en raison du fait qu'aucun catalogue d'infractions n'est prévu, même si l'<ref-law> prévoit que le recours à l'investigation secrète est limité à certaines infractions, lorsque des soupçons existent qu'une infraction a été commise. Le fait que l'enquête sous couverture est réservée aux crimes et aux délits graves ou particuliers suffit à respecter le principe de la légalité.
4.4.4. En définitive, l'atteinte à la sphère privée causée par les dispositions litigieuses repose sur une base légale suffisante.
4.5. Il reste à examiner la conformité de l'atteinte à la sphère privée au principe de la proportionnalité. Celui-ci exige qu'une mesure restrictive soit apte à produire les résultats escomptés (règle de l'aptitude) et que ceux-ci ne puissent être atteints par une mesure moins incisive (règle de la nécessité); en outre, il interdit toute limitation allant au-delà du but visé et il exige un rapport raisonnable entre celui-ci et les intérêts publics ou privés compromis (principe de la proportionnalité au sens étroit, impliquant une pesée des intérêts; <ref-ruling> consid. 5.2.2 p. 104 et les arrêts cités).
En matière de droit de police, qui régit l'activité étatique dans le cadre du monopole de la violence légitime ( Gewaltmonopol ), le principe de la proportionnalité, ancré également à l'art. 5 al. 2 Cst., a une importance particulière (arrêt 1C_653/2012 du 1er octobre 2014 consid. 8.7, destiné à la publication).
4.5.1. S'agissant de l' observation préventive, les recourants critiquent le fait qu'aucune procédure d'autorisation n'est prévue s'agissant des enregistrements audio et vidéo avant leur mise en place et durant les 30 jours qui suivent. Ils regrettent qu'aucun contrôle judiciaire de la mesure n'existe et que seule l'autorisation du chef du département (recte: l'autorisation du procureur de permanence) soit requise au delà de 30 jours.
Selon l'exposé des motifs du Conseil d'Etat du 14 novembre 2012, "il est disproportionné que l'observation de courte durée, qui ne suppose pas de contact direct entre la police et la personne observée fasse l'objet d'une autorisation par une autorité extrapolicière si elle ne se prolonge pas. Ce n'est que si elle dure au-delà d'un mois qu'il paraît utile d'en soumettre la poursuite à l'autorisation du chef du département".
Du point de vue de la proportionnalité, l'observation préventive est apte à produire le résultat escompté, à savoir le maintien de l'ordre public et la prévention d'infractions (règle de l'aptitude). La disposition litigieuse précise dans sa lettre b que d'autres mesures de recherche d'information n'ont pas abouti, n'auraient aucune chance d'aboutir ou seraient excessivement difficiles. Elle prévoit ainsi une clause de subsidiarité. Etant donné que l'atteinte aux droits fondamentaux est faible, et qu'il s'agit d'une mesure de courte durée, il n'est pas contraire au principe de la proportionnalité que l'observation préventive secrète soit menée sans autorisation pendant 30 jours (cf. Message du Conseil fédéral relatif à l'unification du droit de la procédure pénale du 21 décembre 2005, FF 2006 1057, 1235). L'<ref-law> précité ne prévoit d'ailleurs pas d'autorisation préalable judiciaire mais uniquement une autorisation du Ministère public lorsque l'observation se poursuit au-delà de 30 jours. L'art. 21A LPol s'inscrit dans le contexte de la prévention d'infractions et celle-ci peut justifier, en présence d'indices sérieux, que l'on recueille des enregistrements visuels et sonores dans tous les lieux accessibles au public, ce d'autant plus que la loi exprime suffisamment le caractère subsidiaire de la mesure.
Reste à examiner le principe de la proportionnalité au sens étroit, soit le rapport raisonnable entre le but visé et les intérêts privés compromis. Il s'agit de trouver un équilibre entre le droit à la sphère privée et la nécessité de prévoir une observation préventive pour protéger la société. Une manière d'établir une garantie pour se protéger d'un éventuel abus et de pouvoir contrôler le travail de la police est d'avertir après coup la personne visée de la surveillance dont elle a fait l'objet et de lui donner la possibilité de recourir (Métille, op. cit., n° 262-264). En effet, si on ne l'avise pas des mesures prises à son insu, l'intéressé ne peut guère en principe en contester rétrospectivement la légalité en justice. Il n'y a par conséquent pour la personne observée aucune possibilité de recourir contre les mesures adoptées. A cet égard, le Grand Conseil et le Conseil d'Etat exposent que des contrôles judiciaires existent tant dans l'hypothèse où l'investigation secrète préventive ne conduit à aucun résultat que dans celle où une procédure pénale est ouverte (art. 40 al. 1, 46 et 47 de la loi sur l'information du public, l'accès aux documents et la protection des données personnelles du 5 octobre 2001 [LIPAD; RSG A 2 08]; art. 22D LPol) : de tels contrôles, survenant uniquement sur requête de la personne concernée, sont toutefois insuffisants dans la mesure où ladite personne n'est pas informée de la mesure et donc bien en peine d'exercer son droit de recours.
Par ailleurs, l'<ref-law> prévoit une telle communication a posteriori des motifs, du mode et de la durée de l'observation à la personne concernée. Or le risque que des mesures d'investigation soient ordonnées à tort peut être considéré comme étant plus élevé dans la phase préventive qu'après l'ouverture d'une enquête pénale qui suppose l'existence d'indices concrets laissant présumer que des crimes ou des délits ont été commis: ces mesures permettent en effet une atteinte à la sphère privée d'individus n'ayant pas encore commis d'acte pénalement répréhensible. La communication ultérieure a en outre l'avantage de diminuer le risque que les preuves obtenues lors de l'observation préventive soient déclarées inexploitables dans la procédure pénale qui pourrait s'ouvrir par la suite. Plusieurs législations cantonales prévoient une telle communication a posteriori (voir en particulier art. 58b al. 3 de la loi sur la police neuchâteloise du 20 février 2007 [LPol/NE; RSN 561.1]; art. 33a al. 3 de la loi sur la Police cantonale du canton de Fribourg du 15 novembre 1990 [LPol/FR; RSF 551.1]; art. 21b al. 3 de la loi sur la police cantonale du canton de Vaud du 17 novembre 1975 [LPol/VD; RSV 133.11]; art. 27bis al. 3 de la loi sur la police cantonale du canton du Valais [LPol/VS; RSVS 550.1]; art. 32 al. 4 Polizeigesetz du canton de Zurich du 23 avril 2007 [PolG/ZH; RSZ 550.1]).
Ce droit à l'information a posteriori peut cependant contenir des exceptions pour préserver l'efficacité et la confidentialité des mesures prises, à l'instar de ce que prévoit l'<ref-law>. Si le législateur genevois est tenu de prévoir le principe d'une communication ultérieure à la personne observée, il peut toutefois assortir cette obligation d'exceptions.
Il résulte de ce qui précède que l'atteinte à la sphère privée opérée par l'art. 21A al. 2 LPol viole le principe de la proportionnalité au sens étroit, faute de prévoir une communication ultérieure à la personne observée assortie de protection juridique effective. Il y a donc lieu d'annuler cette disposition.
4.5.2. S'agissant des recherches préventives secrètes, les recourants dénoncent une violation du principe de la proportionnalité puisque l'art. 21B LPol permet une atteinte à la sphère privée d'individus n'ayant pas encore commis d'acte pénalement répréhensible. Ils soutiennent aussi que l'absence de tout contrôle judiciaire amplifie l'atteinte portée à la sphère privée.
Quant au Conseil d'Etat, il a exposé dans ses motifs que "compte tenu du caractère ponctuel de la mesure d'investigation visée et de l'aspect non prévisible du résultat sur lequel elle pourra éventuellement déboucher, notamment quant aux personnes qui en feront l'objet, il ne semble pas opportun de soumettre sa mise en oeuvre à l'autorisation d'une autorité, sauf à la rendre d'emblée illusoire."
Du point de vue de la proportionnalité, les recherches préventives secrètes sont aptes à produire le résultat escompté, à savoir le maintien de l'ordre public et la prévention d'infractions (règle de l'aptitude). On a recours aux recherches préventives uniquement "si d'autres mesures de recherche d'information ou d'enquête n'ont pas abouti, n'auraient aucune chance d'aboutir ou seraient excessivement difficiles". La subsidiarité de la mesure est ainsi exprimée dans la loi.
Reste à examiner le principe de la proportionnalité au sens étroit, soit le rapport raisonnable entre le but visé et les intérêts publics ou privés compromis. Le maintien de l'ordre public et la prévention d'infractions peuvent justifier une atteinte à la sphère privée. Afin d'empêcher que les atteintes à la sphère privée demeurent secrètes sur la durée, il est nécessaire de prévoir une autorisation par le ministère public ou par un juge lorsque les recherches préventives secrètes durent plus de 30 jours. C'est en effet ce qu'impose l'art. 21A LPol pour l'observation préventive alors que l'atteinte à la situation juridique de la personne visée est dans ce cas à tout le moins de même niveau qu'en matière de recherches préventives secrètes. Par ailleurs, les <ref-law> qui traitent des recherches secrètes lorsque des soupçons laissent présumer qu'un crime ou un délit a été commis soumettent la poursuite des recherches à l'aval du Ministère public lorsqu'elles durent plus d'un mois (<ref-law>). Une telle autorisation préalable a pour but de vérifier dans le cas particulier l'intérêt public poursuivi ainsi que la proportionnalité de la mesure sollicitée.
De surcroît, pour les mêmes motifs que ceux exposés dans le considérant précédent se rapportant à l'observation préventive (cf. consid. 4.5.1 supra), il y a lieu de prévoir une communication a posteriori des motifs, du mode et de la durée des recherches effectuées sur la personne concernée (cf. <ref-law>). La communication ultérieure a en outre l'avantage de diminuer le risque que les preuves obtenues lors des recherches préventives secrètes soient déclarées inexploitables dans la procédure pénale qui pourrait s'ouvrir par la suite. La plupart des législations cantonales prévoient d'ailleurs une telle communication (voir en particulier art. 58d al. 4 LPol/NE; art. 33b al. 2 et 4 LPol/FR; art. 21a al. 5 LPol/VD; art. 27ter al. 2 et 4 LPol/VS). Ce droit à l'information a posteriori peut cependant contenir des exceptions pour préserver l'efficacité et la confidentialité des mesures prises (cf. supra consid. 4.5.1)
Par conséquent, l'atteinte à la sphère privée causée par l'art. 21B LPol n'est pas conforme au principe de la proportionnalité. Il y a donc lieu d'annuler cette disposition.
4.5.3. Enfin, s'agissant de l' enquête sous couverture, les recourants dénoncent une violation du principe de la proportionnalité puisque l'art. 22 LPol permet une atteinte à la sphère privée d'individus n'ayant pas encore commis d'acte pénalement répréhensible. Ils soutiennent enfin que l'absence de tout contrôle judiciaire amplifie l'atteinte portée à la sphère privée.
Quant au Conseil d'Etat, il considère que compte tenu des particularités de l'enquête sous couverture, procédé tout à fait exceptionnel et invasif, il paraît nécessaire qu'une telle mesure ne soit mise en oeuvre que sur autorisation du chef du département (art. 22 al. 4 LPol).
Les enquêtes sous couverture sont aptes à produire le résultat escompté, à savoir le maintien de l'ordre public et la prévention d'infractions (règle de l'aptitude). Comme pour les recherches préventives secrètes, on recourt à l'enquête sous couverture uniquement "si d'autres mesures de recherche d'information ou d'enquête n'ont pas abouti, n'auraient aucune chance d'aboutir ou seraient excessivement difficiles". De surcroît l'enquête sous couverture est encore conditionnée à "la gravité ou la particularité de l'infraction". La règle de la nécessité est ainsi exprimée dans la loi.
Reste à examiner la proportionnalité au sens étroit, soit le rapport raisonnable entre le but visé et les intérêts publics ou privés compromis. Le maintien de l'ordre public et la prévention d'infractions peuvent justifier cette atteinte à la sphère privée.
L'autorisation d'un juge indépendant est cependant requise si des titres doivent être fabriqués ou modifiés pour constituer une identité d'emprunt (cf. Message concernant les lois fédérales sur la surveillance de la correspondance postale et des télécommunications et sur l'investigation secrète du 1er juillet 1998, FF 1998 3733). Il faut alors une garantie de procédure supplémentaire afin de protéger les atteintes graves à la sphère privée et de mettre des garde-fous à l'utilisation du statut d'agent infiltré. La soumission à l'autorisation d'un juge est une manière de rendre conforme à la Constitution l'art. 22 LPol, à l'instar de ce que prévoit la nouvelle loi genevoise sur la police adoptée le 9 septembre 2014 (Loi 11228) - mais dont le délai référendaire n'est pas encore échu au moment où le présent arrêt est rendu -. Cette loi prévoit en effet que la mise en oeuvre d'actes d'enquête sous couverture est soumise à l'autorisation du tribunal administratif de première instance (art. 58 al. 4 nLPol qui reprend l'art. 22 LPol). La plupart des législations cantonales prévoient d'ailleurs une telle autorisation judiciaire (voir en particulier art. 58e al. 3 LPol/NE; art. 33c al. 3 LPol/FR; art. 21a al. 4 LPol/VD; art. 27quater al. 3 LPol/VS; art. 32e al. 4 PolG/ZH). Comme pour l'observation préventive et les recherches préventives secrètes, le législateur genevois doit prévoir une communication a posteriori des motifs, du mode et de la durée de l'enquête sous couverture, assortie d'un droit de recours (cf. <ref-law>; supra consid. 4.5.1 et 4.5.2).
Faute de prévoir une autorisation judiciaire préalable et une communication ultérieure aux personnes qui ont fait l'objet d'une enquête sous couverture, l'art. 22 LPol n'offre pas de garantie suffisante contre les abus. L'atteinte à la sphère privée des personnes touchées par l'enquête sous couverture avec agent infiltré viole ainsi le principe de la proportionnalité au sens étroit et n'est pas compatible avec l'art. 13 al. 1 Cst. Par conséquent, l'art. 22 LPol doit être annulé.
5.
Il s'ensuit que le recours est admis, sans qu'il soit nécessaire d'examiner les autres griefs des recourants. Les art. 21A al. 2, 21B et 22 LPol sont annulés.
Il n'y a pas lieu de percevoir de frais judiciaires (<ref-law>). Les recourants, qui obtiennent gain de cause avec l'aide d'un avocat, ont droit à des dépens, à la charge du canton de Genève (art. 68 al. 1 et 2).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1.
Le recours est admis et les art. 21A al. 2, 21B et 22 LPol sont annulés.
2.
Il n'est pas perçu de frais judiciaires.
3.
Une indemnité de dépens de 3'000 francs est allouée aux recourants, à la charge du canton de Genève.
4.
Le présent arrêt est communiqué au mandataire des recourants, au Conseil d'Etat et au Grand Conseil du canton de Genève.
Lausanne, le 1er octobre 2014
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Fonjallaz
La Greffière: Tornay Schaller