Les satellites météorologiques et leurs orbites

 
Principe d'acquisition des images Météosat
 

L'orbite des satellites géostationnaires se trouve dans le plan équatorial de la Terre à une altitude de 35 786 km. De ce fait, ils tournent à la même vitesse angulaire que la Terre. Ils sont donc fixes par rapport à un observateur situé sur la Terre et "voient" ainsi toujours le même disque terrestre entre le 72° S et le 72° N.

Ils ont l'avantage de fournir des images de vastes portions de la surface terrestre et de l'atmosphère, mais présentent l'inconvénient qu'un seul satellite géostationnaire ne suffit pas pour observer toute la Terre.

Par ailleurs, les régions polaires leur sont hors de portée.

 

  Les principaux satellites géostationnaires dans le monde © CMS

Les satellites géostationnaires. Situation en 2013

Intérêt des satellites géostationnaires pour les météorologistes

Grâce aux instruments embarqués, le satellite indique, chaque demi-heure ou chaque quart d'heure pour les plus récents (MSG), où se trouvent les principales masses nuageuses : perturbations des latitudes tempérées, systèmes orageux, cyclones tropicaux… et quels types de nuages les composent. Comme le satellite surveille toujours la même partie du globe terrestre, on peut animer une séquence d'images, ce qui donne une idée très précise de l'évolution des masses nuageuses. Ces satellites permettent donc la surveillance et la prévision des phénomènes dangereux comme les cyclones tropicaux, les tempêtes ou les orages.

 
Caractéristiques de l'orbite d'un satellite à défilement

Les satellites à défilement, dits encore défilants, évoluent à basse altitude - quelques centaines de kilomètres -, si bien que leur période de révolution est courte : 102 minutes pour une altitude de 850 km, soit 14 révolutions par jour. L'orbite de ces satellites possède souvent une inclinaison de 99°. Elle est ainsi quasi polaire et aussi héliosynchrone, ce qui signifie que le plan de l'orbite suit le déplacement apparent du Soleil autour de la Terre. Cela permet au satellite de survoler les régions situées sur un même parallèle toujours à la même heure locale solaire. L'orbite du satellite et la rotation de la Terre se conjuguent ainsi pour assurer une couverture complète de la surface terrestre au cours d'un cycle orbital complet. La durée d'un cycle orbital pour un satellite NOAA, par exemple, est d'une demi-journée… Il ne faut pas confondre le cycle orbital avec la période de revisite. Grâce aux capteurs orientables, un satellite peut observer une même surface avec une fréquence beaucoup plus courte que la période orbitale, ce qui permet un suivi rapproché lors de tempêtes ou d'inondations par exemple. Par ailleurs, des régions peuvent se trouver hors de portée de certains capteurs (par exemple, lorsque l'angle de visée est faible, les différentes fauchées ne se croisent pas à l'équateur).

 

Fauchée MetOp

Tous les satellites à défilement n'ont pas une orbite polaire ni héliosynchrone. Par exemple, celle du satellite Topeix Poséidon, qui surveille les océans, est inclinée à 66,4°.

Les satellites NOAA et Meteor ainsi que les satellites MetOp (Eumetsat) appartiennent à la catégorie des satellites défilants.

Orbite	polaire, circulaire, héliosynchrone, se décalant de 25°30' vers l'ouest, soit de 2 900 km à l'équateur et de 2 000 km par 45° de latitude.
Altitude	environ 850 km
Inclinaison	98,2°
Période de révolution	101 à 102 min
Nombre d'orbites par jour	14
Largeur de la fauchée	2 940 km

Résumé des caractéristiques des principaux satellites météorologiques défilants

Intérêt des satellites à défilement pour le météorologiste

Ils possèdent plusieurs types d'instruments, dont :

- Un imageur, qui permet de surveiller les masses nuageuses, en particulier aux hautes latitudes qui échappent aux satellites géostationnaires.

- Des radiomètres dans différentes longueurs d'ondes, qui permettent d'obtenir des températures de surface et des températures atmosphériques.

- Des radiomètres dans les micro-ondes pour faciliter la détection des précipitations.

- Un diffusiomètre, qui permet à partir de mesures de la rugosité de la surface des océans de déterminer la direction et la vitesse des vents au-dessus des surfaces maritimes.

- Un sondeur, qui permet d'obtenir des profils verticaux de la température et de l'humidité de l'atmosphère. L'objectif est le même que celui des radiosondages, mais le satellite a l'avantage de fournir des profils deux fois par jour sur toute la surface de la Terre. Ces données sont utilisées dans les modèles numériques de prévision du temps.

- Un spectomètre pour l'étude de la teneur en ozone.

- Parfois un radar permettant notamment de mesurer la vitesse et la direction du vent à la surface des océans.

Pour obtenir une couverture complète et continue de la planète, il faut un grand nombre de satellites météorologiques (géostationnaires et défilants). Il faut aussi que le remplacement de chacun d'entre eux soit assuré en cas de défaillance technique ou, tout simplement, lorsque le satellite a atteint la fin de sa durée de vie normale. Mais lancer un satellite météo dans l'espace, assurer son bon fonctionnement, garantir la réception, le traitement et la rediffusion de ses mesures, veiller à avoir un satellite de secours, tout cela coûte très cher !

Aussi, même si la plupart des très grands pays (Russie, Chine, Inde…) lancent des satellites météo, seuls les États-Unis, l'Europe et le Japon participent vraiment de façon efficace, à l'heure actuelle, au réseau mondial. Et cela au travers de leurs agences respectives :

- la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) pour les Etats-Unis ;

- l'Organisation européenne pour l'exploitation des satellites météorologiques (Eumetsat) pour l'Europe ;

- la Japan Meteorological Agency (JMA) pour le Japon.

Ces agences se coordonnent entre elles, voire parfois se prêtent des satellites, le tout dans le cadre du Groupe de coordination des satellites météorologiques, auquel est associé l'Organisation météorologique mondiale (OMM).

En janvier 2013, alors que le satellite Météosat seconde génération MSG-3 est opérationnel sous le nom de Météosat 10, avec MSG-1 (Météosat 8) et MSG-2 (Météosat 9) en secours ou en complément, le réseau mondial opérationnel des satellites météo comprend cinq principaux satellites géostationnaires et quatre défilants.

La réception des données de ces satellites, leur traitement et leur rediffusion sont assurés par un ensemble de sites spécialisés, dans le cadre d'accords internationaux. En France, c'est le Centre de météorologie spatiale de Lannion (Côtes-d'Armor), un centre de Météo-France, qui joue ce rôle.

Le centre de réception de Svalbard, en Norvège, joue un rôle essentiel dans la réception et la dissémination des données des satellites défilants européen METOP, mais aussi américain NOAA.