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Les satellites météorologiques géostationnaires : des images prises à 36 000 km d’altitude

MétéoSuisse-Blog | 11 janvier 2023
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Le développement et le déploiement des satellites météorologiques ont révolutionné le monde de la météorologie dans les années 1970 et 1980. Mais comment fonctionnent ces instruments sophistiqués en orbite autour de la Terre ? Comment est-il possible qu’ils puissent fournir des images aussi nettes et détaillées de l’atmosphère terrestre ? Nous l’expliquons dans ce second blog de la série consacrée aux satellites météorologiques, publié suite au lancement du nouveau satellite européen de troisième génération MTG en décembre dernier.

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Depuis l’espace jusqu’à la poche de notre veste

Les applications météo, comme celle de MétéoSuisse, sont très appréciées. Parmi les diverses informations et données qu’elles présentent, on ne peut manquer l’animation des nuages vus par les satellites météorologiques. Un système assez complexe et technologiquement sophistiqué nous permet d’avoir à tout moment les dernières images satellites dans notre poche. Découvrons-le ensemble.

Le schéma de la figure 1 représente les principaux éléments qui composent un système satellitaire. Les nuages (1) réfléchissent d’une part le rayonnement visible du Soleil et émettent d’autre part un rayonnement infrarouge. Ces ondes sont détectées par le satellite météorologique en orbite (2), qui embarque des instruments permettant de « photographier » les nuages. En simplifiant, on peut imaginer ces instruments comme des caméras sophistiquées sensibles aux différents types de rayonnements visibles ou infrarouges réfléchis ou émis par les nuages. Ces capteurs transforment les ondes qu’ils enregistrent en un signal numérique qui est immédiatement transmis à la Terre. Là, deux stations de réception (3), dont une à Loèche en Suisse, collectent le signal, qui est ensuite transmis au centre EUMETSAT de Darmstadt (4) où il est traité et où sont produites les données brutes et les images. Celles-ci sont enfin transmises à tous les utilisateurs soit par un système de télécommunication par satellite (5), soit par Internet. Les utilisateurs, par exemple MétéoSuisse (6), reçoivent les données du satellite de télécommunication et les traitent avant de les distribuer (7) aux usagers finaux. Le tout en quelques minutes : Il faut moins de 15 à 20 minutes entre le moment où le satellite commence à enregistrer l’image et celui où vous la retrouvez sur votre téléphone portable. À MétéoSuisse, les images satellites sont traitées et mises à disposition du service de prévision grâce au logiciel open source « PyTroll ».

Une mouche vue à 100 mètres de distance

Les lois de la physique imposent que les satellites géostationnaires soient placés sur une orbite précise autour de la Terre : à la verticale de l’équateur, à une altitude de 36 000 km. C’est la seule façon pour le satellite d’effectuer une révolution complète juste en 24 heures et de rester – vu de la Terre – apparemment stationnaire. Observer les nuages à cette distance n’est pas une tâche facile. Les futurs satellites MTG seront capables d’identifier des nuages d’environ 1 km de largeur ou de longueur. Pour donner une idée, c’est comme si le gardien d’une équipe de football pouvait voir une mouche se poser sur la barre transversale du but de l’adversaire. Cela implique des instruments sophistiqués construits pour résister aux secousses et aux vibrations générées par le lancement et la mise en orbite, aptes à résister à des températures allant d’environ -100 °C à +100 °C, et – le plus important – qui ne tombent pas en panne. Parce qu’une fois en orbite, ils ne peuvent pas être réparés. Ils doivent donc fonctionner parfaitement pendant 20 ans, jour et nuit, 365 jours par an.

Des nuages de toutes les couleurs

Imaginez que vous êtes un astronaute à l’intérieur de la station spatiale internationale. En regardant vers la Terre, vous verriez des océans, des forêts, des montagnes avec des glaciers, de grandes villes et, bien sûr, des nuages de formes et de tailles diverses. Ils seraient tous de différentes nuances de blanc, certains plus clairs, d’autres plus sombres. Sur la base de leur seule nuance, il vous serait difficile de distinguer les nuages d’orage de fins cirrus ou de brouillards étendus. Et la nuit… vous ne les verriez même pas. Heureusement, les satellites météorologiques nous permettent de discerner les différents types de nuages et de les voir même la nuit. Les instruments embarqués transforment le rayonnement visible réfléchi ou le rayonnement infrarouge émis par les nuages en un signal numérique qui peut ensuite être traité à volonté pour mettre en évidence certaines caractéristiques de ceux-ci. Par exemple : le rayonnement infrarouge émis par un nuage dépend de la température de son sommet. Les nuages très élevés sont également très froids et émettent un rayonnement infrarouge distinct de celui des nuages plus bas, qui sont plus chauds. Les météorologues ont appris à exploiter ces disparités en associant les différents types de rayonnements émis ou réfléchis par les nuages à différentes couleurs artificielles. Dans la pratique, les nuages sont donc « photoshopés » pour mettre en évidence des aspects qui, autrement, échapperaient à l’œil humain.

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MétéoSuisse est l’Office fédéral de météorologie et de climatologie. Nous prenons le pouls du temps et du climat pour que vous ne soyez pas dans le brouillard.

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