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Satellites polaires de nouvelle génération

21 mai 2020, 6 Commentaire(s)

La deuxième génération de satellites météorologiques européens en orbite polaire est en cours de développement. A partir du second semestre 2022, les satellites actuels de première génération seront remplacés. Les météorologues, les climatologues et, en général, tous ceux qui utilisent ou consultent les données et images satellitaires attendent avec impatience le lancement des nouveaux satellites. L'objectif est d'utiliser les nouvelles données et images pour développer des prévisions et des services "sur mesure" encore plus fiables pour les utilisateurs.

Représentation artistique des futurs satellites européens en orbite polaire, source : EUMETSAT
Représentation artistique des futurs satellites européens en orbite polaire, source : EUMETSAT

Vue de pôle à pôle

Les satellites météorologiques en orbite polaire sont une famille de satellites complémentaires aux satellites géostationnaires. Ils suivent une orbite qui leur fait survoler les régions polaires (d'où leur nom), qui seraient autrement observées de manière très "déformée" par les satellites géostationnaires. Les lois de la physique exigent que les satellites en orbite polaire soient placés à une altitude beaucoup plus basse que les satellites géostationnaires, c'est-à-dire à environ 500 à 1000 km au-dessus de la surface de la terre. La durée d'une orbite complète est d'environ 100 minutes. Un satellite en orbite polaire effectue donc environ 14 orbites par jour et survole constamment différentes régions, en tenant compte de la rotation simultanée de la Terre autour d'elle-même. Un satellite en orbite polaire survole les régions polaires plusieurs fois par jour, alors qu'il ne survole les mêmes régions équatoriales qu'une ou deux fois. Pour certains satellites en orbite polaire, les paramètres orbitaux sont choisis de manière à ce que le satellite en orbite polaire survole chaque jour la même région à la même heure. EUMETSAT exploite actuellement quatre satellites météorologiques en orbite polaire : Les deux satellites MetOp B et C pour la surveillance de l'atmosphère et les satellites Jason-3 et Sentinel-3 pour la surveillance des océans. D'autres satellites en orbite polaire sont exploités par les États-Unis, la Chine et l'Inde.

Affichage aggrandi: Fig. 1 : fréquence des passages quotidiens d'un satellite météorologique en orbite polaire au-dessus d'une région spécifique de la terre (source : EUMETSAT).
Fig. 1 : fréquence des passages quotidiens d'un satellite météorologique en orbite polaire au-dessus d'une région spécifique de la terre (source : EUMETSAT).

Pour mieux voir

La complémentarité entre les satellites en orbite polaire et les satellites géostationnaires ne se limite pas à l'aspect de la couverture spatiale. Comme les satellites en orbite polaire sont beaucoup plus proches de la surface de la Terre que les satellites géostationnaires, ils ont une résolution spatiale plus élevée : pour certains instruments, ils peuvent atteindre une résolution allant jusqu'à 500 m, par rapport aux 3 à 5 km des satellites géostationnaires. De plus, contrairement aux instruments "passifs" des satellites géostationnaires européens actuels, des instruments actifs sont installés sur les satellites en orbite polaire, c'est-à-dire des instruments capables d'émettre eux-mêmes les ondes électromagnétiques, qui sont utilisés pour explorer l'atmosphère dans ses trois dimensions. Ainsi, les satellites en orbite polaire fournissent des informations détaillées sur le profil vertical de la température et de l'humidité de l'air ou sur les valeurs de la direction et de la vitesse du vent. Toutes ces informations sont précieuses pour les météorologues car elles concernent toute l'épaisseur de l'atmosphère (et pas seulement les valeurs au sol fournies par les stations de mesure). En outre, les satellites permettent de recueillir des données météorologiques même dans l'immensité de l'océan, d'où nous ne recevons autrement que les rares informations fournies par un navire ou une bouée. Ce sont surtout les modèles numériques de prévision météorologique qui exploitent la totalité de ces données et les enregistrent. Sans les satellites météorologiques, la fiabilité des prévisions numériques serait bien moindre.

Affichage aggrandi: Fig. 2 : les satellites en orbite polaire fournissent des informations de base pour les modèles numériques de prévision météorologique. Les deux images montrent la prévision de l'ouragan Irma (2017), qui a été réalisée à l'aide de données satellitaires (ligne du haut) ou sans tenir compte de ces données (ligne du bas). Sans les données satellitaires, les modèles numériques n'auraient pas pu prévoir correctement l'évolution de l'ouragan (source : EUMETSAT/ECMWF).
Fig. 2 : les satellites en orbite polaire fournissent des informations de base pour les modèles numériques de prévision météorologique. Les deux images montrent la prévision de l'ouragan Irma (2017), qui a été réalisée à l'aide de données satellitaires (ligne du haut) ou sans tenir compte de ces données (ligne du bas). Sans les données satellitaires, les modèles numériques n'auraient pas pu prévoir correctement l'évolution de l'ouragan (source : EUMETSAT/ECMWF).

Les nouveaux satellites vont être mis en oeuvre sous peu

Les satellites polaires européens actuels sont en orbite depuis 2006 et approchent la fin de leur vie opérationnelle. La deuxième génération est déjà en construction et devrait être opérationnelle à partir de 2022. Contrairement aux satellites polaires actuels, qui sont fondamentalement tous construits de la même manière, les nouveaux satellites polaires seront constitués de deux modèles différents, orbitant "à proximité l'un de l'autre" sur des orbites similaires à celles des satellites actuels. En plus des instruments typiques des satellites polaires, les nouveaux seront équipés d'outils innovants et complémentaires, jamais mis en orbite auparavant, spécialement conçus pour surveiller les précipitations, les concentrations d'aérosols et les nuages à forte teneur en glace. On y a mis également un instrument de mesure des gaz polluants pour améliorer la prévision de la qualité de l'air. L'ensemble du programme prévoit le lancement de trois paires de satellites d'ici quelques années  pour assurer un fonctionnement jusqu'à environ 2040. Les satellites européens de deuxième génération sont coordonnés au niveau international avec les satellites américains et chinois en orbite polaire pour assurer une couverture homogène et sans faille de l'atmosphère terrestre.

Commentaires (6)

  1. Gaspoz, 30.05.2020, 09:13

    Bonjour,
    Vous dites que les mesures réalisées par les satellites en orbite polaire incluent les profils verticaux de différentes variables (température vent et humidité je suppose) et que ces données ne sont pas accessibles depuis les stations de mesures au sol. Qu'en est-il des radars au sol?
    Peuvent-ils apporter autant d'informations que les systèmes à bord des satellites à orbite polaire ? Ou plus?

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    1. MétéoSuisse, 04.06.2020, 05:13

      Bonjour, les radars de précipitations au sol peuvent apporter des informations sur les profils de vents (quand il pleut) et sur l'extension vertical et le type de précipitations, mais ne fournissent par exemple pas d'informations sur la température.

  2. Christophe Barbey, 23.05.2020, 08:31

    Que sera-t-il fait des anciens satellites ?
    Merci.

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    1. MétéoSuisse, 25.05.2020, 09:31

      Les régions dans lesquelles évoluent les satellites sont aujourd'hui relativement encombrées par l'accumulation de satellites hors d'usage et de débris spatiaux. Le problème est devenu suffisamment préoccupant pour que des règles de bonne conduite émergent progressivement en ce qui concerne les satellites en fin de vie. Le Comité inter agences de coordination des débris spatiaux qui réunit les principales agences spatiales, a ainsi proposé des règles concernant les deux zones les plus encombrées de l'espace :
      - les satellites de télécommunication situés en orbite géostationnaire (comme ceux de la série MeteoSat), doivent rejoindre en fin de vie une orbite de rebut dont le rayon est supérieur à leur orbite nominale (36’000 km) d'environ 230 km ;
      - les satellites en orbite basse (moins de 2 000 km, dont les satellites à orbite polaire), doivent subir une désorbitation en fin de vie qui garantit leur rentrée dans l'atmosphère et leur destruction dans un intervalle de temps qui ne doit pas excéder 25 ans.

  3. fanzi, 21.05.2020, 13:26

    Dépêchez vous, Elon Musk risque de ne pas laisser trop de place avec son projet starlink...

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    1. MétéoSuisse, 25.05.2020, 09:42

      Ces satellites pour le projet d’internet par satellite Starlink utilisent une orbite basse à 550 km d’altitude. Les satellites météorologiques à orbite polaire sont placés vers 720 à 840 km d’altitude. Ce n’est donc pas la même altitude d’orbite qui est utilisée.