Satellite météorologique

Satellite METEOSAT de première génération

Un satellite météorologique est un satellite artificiel qui a comme mission principale le recueil de données utilisées pour la surveillance du temps et du climat de la Terre. Chaque nouvelle génération de satellite comporte des senseurs plus performants et capables d'effectuer des mesures sur un plus grand nombre de canaux ce qui permet de les utiliser pour différencier les divers phénomènes météorologiques : nuages, précipitations, vents, brouillard, etc.

Plusieurs pays lancent et maintiennent des réseaux de satellites météorologiques : les États-Unis, les pays européens avec l’agence spatiale européenne (ESA), l’Inde, la Chine, la Russie et le Japon. Tous ces satellites assurent une couverture globale de l’atmosphère.

Historique

Le premier satellite météorologique, le Vanguard 2, fut lancé le 17 février 1959 pour mesurer la couverture nuageuse. Malheureusement, lors de sa satellisation, son axe de rotation fut mal orienté et il ne put donner que peu d’informations. Le TIROS-1 fut le premier succès dans ce domaine. La NASA le lança le 1^er avril 1960 et transmis durant 78 jours. Il fut l’ancêtre du programme Nimbus qui mena au développement des satellites météorologiques modernes lancés par la NASA et opérés par le NOAA.

Pour répondre à leurs besoin spécifiques, différents pays ou association de pays ont démarré ensuite leur propre programme. En Europe, les satellites Météosat, de première génération, ont été réalisés sur le Centre spatial de Cannes - Mandelieu par un consortium créé à cet effet: COSMOS, sous maîtrise d'œuvre d'Aerospatiale. Leur premier satellite, Météosat 1, a été lancé le 23 novembre 1977.

Satellites géostationnaire et polaire

Il existe deux types de satellites météorologiques : les satellites géostationnaires et circumpolaires.

Satellite géostationnaire

Vue de la Terre par un satellite météorologique GOES (Source: NOAA)

Situés directement au-dessus de l’équateur et à une distance telle (35 880 km) qu'ils orbitent de façon synchrone avec la Terre, les satellites géostationnaires fournissent en continu des informations sur la même portion du globe, surtout dans les spectres visibles et infrarouges.

Ces informations sont utilisées par les météorologues pour suivre les systèmes météorologiques visuellement en plus d’extraire des données dérivées (température et albédo) pour connaître la structure de l’atmosphère et des nuages, données qu’on injectera dans les modèles de prévision numérique. Les médias agrémentent également leurs bulletins météo d’animations en boucle venant de ces satellites.

Les satellites géostationnaires ont une résolution maximale à leur sous-point, le point de l'équateur à la verticale duquel ils sont situés. Cette résolution diminue en allant vers les bords du disque terrestre à cause de la parallaxe de l’angle de visée de plus en plus rasant. Ainsi, par exemple, au-dessus de 65 degrés de latitude Nord ou en dessous de 65 degrés de latitude Sud, ils deviennent presque inutilisables.

Les différents pays cités plus haut maintiennent une flotte de ces satellites :

États-Unis : La série GOES couvrant les Amériques et une partie de l’Atlantique et du Pacifique. Les GOES-11 et GOES-12 sont ceux actifs en 2006 mais fin mai, le GOES-N a été mis en orbite et deviendra GOES-13 une fois activé.
Agence spatiale européenne : L'ESA maintient la série des Meteosat avec les numéros 6, 7 et 8 couvrant l’Atlantique et le numéro 5, l’océan indien.
Japon : Le MTSAT-1R est positionné à 140°E et couvre le Pacifique.
Inde : Le METSAT-1 / KALPANA-1 stabilisé à 74°E.
Russie : A positionné le GOMS à la longitude de Moscou.
Chine: Utilise la série Feng-Yun（風雲) dont le plus récent est le FY-2C à 105°E lancé en octobre 2004.

Satellites circumpolaires

Pour complémenter les satellites géostationnaires, les satellites circumpolaires orbitent autour de la Terre à basse altitude (~720 - 800 km) selon une trajectoire avec une forte inclinaison passant près des pôles. Ils sont héliosynchrones, c’est-à-dire que leur axe de rotation est perpendiculaire à l’axe entre le Soleil et la Terre. Ils passent deux fois au-dessus de n’importe quel point de la surface du globe chaque jour à la même heure solaire.

Comme ils sont plus rapprochés de la surface, ces satellites ont une meilleure résolution. Ils peuvent distinguer plus facilement les détails de température des nuages et leur forme visible. Les feux de forêt et la brume sont beaucoup plus évidents. On peut même en extraire des informations sur le vent selon la forme et le déplacement des nuages. Malheureusement, comme ils ne couvrent pas continuellement la même surface terrestre, ils ont un usage plus limité pour surveiller la météo en temps réel. Ils sont surtout utiles dans ce domaine dans les régions polaires où des images composites venant des différents satellites sont plus fréquentes et permettent de voir ce qui est presque invisible aux satellites géostationnaires.

Cependant, pour des utilisations de plus longue haleine, ces satellites donnent des informations importantes. Les données infrarouges et visibles recueillies par ces satellites permettent de suivre le déplacement à moyens termes de phénomènes tels les courants marins comme le Gulf Stream et El Nino et les masses d’air avec une précision beaucoup plus grande.

Les États-Unis utilisent la série TIROS de NOAA en binômes sur des orbites opposées (un vers le nord et l’autre vers le sud). Actuellement, les NOAA/TIROS 12 et 14 sont en réserve en orbite alors que les 15, 16, 17 et 18 sont utilisés (2006). La Russie possède les séries Meteor et RESURS. La Chine et l’Inde ont également des satellites circumpolaires.

Instrumentation

Les satellites météorologiques sont munis à l'origine de deux types de senseurs :

Des radiomètres pour la télémesure de la température de l’atmosphère et des hydrométéores qui s’y trouvent. Ils opèrent dans le spectre infrarouge. Les premiers instruments ne « regardaient » que quelques longueurs d’onde alors que les nouvelles générations divisent ce spectre en plus de 10 canaux
Des radiomètres dans le visible pour noter la brillance de la réflexion solaire sur les différentes surfaces. Ces données sont corrigées par les programmes d’analyse au sol selon l’angle du soleil pour uniformiser les informations.

Plus récemment, on y a ajouté :

Un sondeur qui effectue un sondage aérologique de l'atmosphère terrestre à distance pour en tirer la structure de température et d'humidité.

Exploitation des données recueillies

Les informations des satellites météorologiques peuvent être complémentaires à d’autres types de satellites environnementaux pour suivre les changements de végétation, l’état de la mer, la fonte des glaciers. Leurs données sont également traitées pour en tirer la structure de l’atmosphère (stabilité, température, vents et humidité) ce qui supplémente les données de stations terrestres et aérologiques pour alimenter les modèles de prévision numérique du temps.

En plus des informations purement météorologiques sur la température et la couverture des nuages on peut mentionner :

Mesure de la température de surface de la mer, de la couverture de glace en hiver et des déplacements des icebergs pour les marins et les pêcheurs ;
Études climatologiques de la progression des glaciers, des déserts pour l’hydrologie ;
Évolution de la fumée venant des feux de forêt, des cendres volcaniques (éruption du Mont Saint Helens par exemple), des tempêtes de sable au Sahara, etc ;
Étude de la pollution atmosphérique et des traînées de mazout en mer ;
Suivre l’évolution de la luminosité des villes pour des études de pollution lumineuse ou pour repérer une perte de courant nocturne ;
L'apparition de conditions favorables au développement des insectes nuisibles, aux épidémies, au gel, etc. ;
Les aurores boréales.

Le ministère de la défense américain a ses propres satellites météorologiques dans le cadre du programme Defense Meteorological Satellite Program (DMSP). Ces derniers ont une résolution de quelques centaines de mètres (grosseur d’un navire) et une sensibilité lumineuse qui permet de voir dans le visible même la nuit. Le black-out de 1977 à New-York était particulièrement notable sur ces satellites circumpolaires qui peuvent également repérer les foyers d’incendie de forêt et même les sources couvant sous la surface.

Notes et références

Voir aussi

Liens externes

En français

(fr) Questions et réponses : foire aux questions sur l’utilisation des photos satellitaires par Environnement Canada
(fr) Les satellites météorologiques, sur le site de Météo-France
(fr) Répertoire CGMS des Applications Météorologiques Satellitales par l'Organisation météorologique mondiale

En anglais

(en) Excellent site pour l'interprétation des photos satellitaires par EUMETSAT, DHMZ, FMI, KNMI et ZAMG
(en) Applications spatiales pour le développement
(en) Caractéristiques des satellites géostationnaires et circumpolaires
(en) Images satellitaires en temps réel par SSEC
(en) Interprète les images satellitaires par Suomi Virtual Museum
(en) Biographie du Dr. Verner Suomi (« le père du satellite météorologique »)
(en) Visualisateur d'images des satellites météorologiques, en temps réel, et en temps différé (archives)

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