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 près de 36 000 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.

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 2018

Intérêt des satellites géostationnaires pour les météorologistes

Les satellites géostationnaires transmettent des images à fréquence régulière (toutes les 15 minutes pour la majorité d'entre eux). L'analyse de ces images permet aux prévisionnistes de localiser les principales masses nuageuses (perturbations des latitudes tempérées, systèmes orageux, cyclones tropicaux...) et de différencier les différents types de nuages. Comme un satellite géostationnaire surveille toujours la même partie du globe terrestre, on peut animer une séquence d'images, ce qui permet d'effectuer un suivi précis de l'évolution des masses nuageuses.

 
Caractéristiques de l'orbite d'un satellite à défilement

Les satellites polaires, dits aussi défilants ou à défilement, évoluent en basse altitude -quelques centaines de kilomètres-, si bien que leur période de révolution est courte : 102 minutes pour une altitude de 830 km environ, soit 14 révolutions par jour. L'orbite de ces satellites a 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 solaire locale. 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 d'une durée de douze heures.

Une fauchée du satellite européen MetOp, de près de 3000 km  de largeur

Les satellites métérologiques défilants sont principalement polaires et héliosynchrones. En revanche, l'orbite du satellite Jason, qui surveille les océans, est inclinée à 66°. 

Résumé des caractéristiques des principaux satellites météorologiques polaires

Intérêt des satellites polaires pour le météorologiste

Ils possèdent plusieurs types d'instruments, dont voici les principaux :

• Un radiomètre/imageur qui permet de surveillerles masses nuageuses, en particulier aux hautes latitudes qui échappent aux satellites géostationnaires et aussi de mesurer des températures de surface maritime ou continentale.
• Un sondeur, infrarouge ou micro-ondes, qui permet de reconstituer 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 diffusomètre, radar qui permet à parttir de mesures de la rugosité de la surface des océans de déterminer la direction et la vitesse des vents au-dessus des surfaces maritimes.

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 !

Voici les principales agences en charge des satellites météorologiques :

- 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 dans le cadre du Groupe de coordination des satellites météorologiques, auquel est associé l'Organisation météorologique mondiale (OMM).

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) qui joue ce rôle.

Le Centre de Météorologie Spatiale est un centre spécialisé de Météo-France dédié à la valorisation des mesures des satellitesb d'observation de la Terre au profit de la météorologie et de l'océanographie. Par sa vocation opérationnelle au sein de la Direction de Opérations pour la Prévision, il fournit des produits satellites destinés, entre autres, aux prévisionnistes et aux modèles numériques de prévision du temps. Le CMS a la maîtrise de la totazlité de la chaine de production des données satellitaires, depuis l'acquisition des mesures de base jusqu'à la diffusion opérationnelle des produits. Outre une équipe de R&D, il compte des unités à vocation opérationnelle responsables de la fabrication, de la mise à disposition et du suivi quaité des prpoduits réalisés.

Il est équipé d'une instrumentation technique importante (systèmes d'acquisition et de poursuite satellitaires) et d'une forte capacité de calcul, ce qui lui permet bde réaliser non seulement l'acquisition et la diffusion en temps réel, mais également le stockage à des fins d'utilisation en différé.