METEOSAT - Définition
METEOSAT ou Météosat (Meteosat en anglais) est une famille de satellites météorologiques réalisés sous maîtrise d'oeuvre de l'Agence spatiale européenne (ESA). Ce sont des satellites géostationnaires , c'est-à-dire qu'ils conservent toujours la même position par rapport à la Terre, et permettent donc l'observation en continu d'une zone précise du globe.
Les satellites Météosat envoient régulièrement sur Terre de nombreuses images numériques de la surface terrestre et autres données qui permettent aux météorologues, à partir des observations d'anticyclones, dépressions atmosphériques, masses nuageuses (etc.), d'élaborer les bulletins météorologiques. Ces données sont également essentielles pour anticiper certains phénomènes météorologiques ravageurs tels que les ouragans, tempêtes ; et pour le suivi de l'évolution du climat de la planète.
Historique
Le programme Météosat fait partie du système mondial d'observation de l'atmosphère, mis en place par l'Organisation météorologique mondiale au milieu des années 1970. Il comprend cinq satellites équi-répartis sur l'orbite géostationnaire, tous dans le plan de l'équateur, aux positions longitudinales suivantes :
- 0 degré, méridien de Greenwich (verticale du Golfe du Gabon) : Meteosat, réalisé par l'Europe ;
- 75°W : un satellite américain GOES-E ;
- 135°W : un autre satellite américain GOES-W ;
- 140°E : un satellite japonais ;
- 74°E : un satellite indien. Il faut noter qu'à l'origine du programme, cette position orbitale avait été attribuée à l'URSS. Devant la carence de ce pays à fournir un satellite aux " normes occidentales ", c'est l'Inde qui s'est vue ré-attribuer la position.
Les satellites Météosat, de première génération, ont été réalisés dans le Centre spatial de Cannes Mandelieu par un consortium créé à cet effet: COSMOS, comprenant Aerospatiale, Matra., MBB, Marconi., Selenia Spazio, etc. Au début du programme, en 1970, le chef de programme était Roger Imbert.
Programme Météosat
Le premier satellite, Météosat 1, a été lancé le 23 novembre 1977. En 1995, EUMETSAT (organisation européenne pour l'exploitation de satellites météorologiques) a officiellement pris la responsabilité du financement et de l'exploitation des satellites Météosat et de la diffusion de leurs données.
Aujourd'hui, trois satellites Météosat de première génération sont encore en exploitation : Météosat 5 observe l'Inde ; Météosat 6 et Météosat 7 observent l'Europe.
Il faut noter que ce programme est le premier grand (voire seul) programme d'application opérationnel de l'ESA assurant une continuité de service grâce à des satellites de remplacements (ceux de première génération, puis ceux de seconde génération). Avec même, depuis les années 80, une redondance de satellites en orbite: il y en a toujours deux sur le méridien de Greenwich, prêts à continuer le service, si l'un tombe en panne.
Météosat de seconde génération (MSG)
C'est Aerospatiale, maintenant Thales Alenia Space, qui a remporté l'appel d'offres pour cette seconde génération et a réalisé les satellites dans le Centre spatial de Cannes Mandelieu.
Le 28 août 2002 a été lancé le premier satellite MSG, Météosat de Seconde Génération. Cette famille de satellites dispose de radiomètres imageurs plus sophistiqués, 12 canaux contre 3 pour la précédente génération, et fournissent des images tous les quarts d'heure, soit deux fois plus fréquemment.
Depuis 1977, neuf satellites de la famille Météosat ont été mis en orbite autour de la Terre, dont deux satellites MSG. Le dernier lancement en date, celui de MSG 2, a été effectué le 21 décembre 2005.
Fonctionnement
Météosat fonctionne comme un scanner. Au cours de ses rotations, à 100 tours par minute, autour de son axe principal, un radiomètre analyse des " lignes-images " de la surface terrestre, qui sont converties en 2 500 points-images numérisés (pixels). Ils sont transmis, quasiment en temps réel, vers le centre de contrôle des satellites (ESOC) situé à Darmstadt, Allemagne. Depuis son altitude de 36 000 km, la Terre est vue sous un angle de 18 degrés, soit un vingtième de la rotation du satellite. Pendant le reste de la rotation, le radiomètre est basculé vers le haut de l'équivalent d'une " ligne-image ". La rotation suivante permet de prendre une nouvelle ligne contiguë de la précédente. C'est au bout de 2 500 tours (soit 25 minutes) que 2 500 lignes ont été analysées, fournissant donc une matrice de 6 250 000 pixels, et ce dans diverses bandes de fréquences. Pendant quelques minutes, le radiomètre est rapidement basculé vers le bas, prêt pour un nouveau scan. Les scans sont démarrés automatiquement aux heures rondes H et H+30 minutes. On obtient donc 48 scans par jour (ceci est valable pour les Météosat de première génération ; les cadences ont été doublées sur ceux de seconde génération).
Les données brutes sont traitées au centre de contrôle, puis transmises à divers utilisateurs, dont le Centre européen de prévision météorologique à moyen terme (CEPMMT) situé à Reading (Berkshire, UK) chargé de la mise au point du modèle mathématique de circulation atmosphérique, mais également vers les offices de météorologie nationaux - dont le Centre de Météorologie Spatiale (CMS, voir lien externe) de Météo France - pour leurs propres traitements et la fournitures d'images reconstituées aux diverses chaînes de télévision et leurs journaux météo.
Qualité image
Les études de la qualité des images ont été entreprises au CNES, en tout premier lieu par Jacques Breton et Jean-Pierre Antikidis. Après le début de la construction des satellites chez Aerospatiale à Cannes, une équipe plus complète a été mise en place, comprenant des représentants des deux industriels principaux : Matra pour le radiomètre et Aerospatiale pour le satellite. Après caractérisation des défauts pouvant causer des pertes de qualité, des études de logiciels permettant de les corriger ont été entreprises, à partir de 1975. Elles ont abouti à des logiciels de correction qui ont été implantés à l'ESOC à Darmstadt, à temps pour le lancement du premier satellite en novembre 1977. Au début du programme, le responsable " qualité image " était Guy Lebègue.
Il faut noter une implication dans ces études, dans les années 70, du Laboratoire ARMINES de l'Ecole des Mines de Paris, tout nouvellement implanté sur la toute naissante technopole de Sophia-Antipolis. Son équipe de développement de logiciels de traitement des images spatiales fut mise en oeuvre sous la direction de Michel Albuisson.
Calibration du radiomètre sur la Lune
Peu de temps après le lancement du premier satellite, une anomalie est apparue sur le mécanisme de calibration de la voie infrarouge. En effet, pour calibrer parfaitement les valeurs des informations infrarouges, représentatives des températures observées sur la Terre, le radiomètre est équipé d'un "corps noir" de référence amovible. C'est le mécanisme de déplacement qui posait des soucis. Après concertation avec toutes les équipes travaillant sur ce problème, la solution est venue de la Lune! En effet, notre satellite naturel est visible de temps en temps en bordure des images de la Terre prises par Meteosat, et ce plusieurs fois par mois. L'idée est venue des astronomes de l'observatoire du CERGA, à Grasse, équipés de télescopes observant la Lune, y compris en infrarouge. Il suffisait d'enregister des images typiques de la Lune, les "mers" en particulier dont la température devait être bien connue, des astronautes américains s'y étant déjà promenés. Hélas, toute la littérature de la NASA, consultée, ne comportait pas cette information. C'est donc une étude théorique et pratique, coordonnée par Guy Lebègue, qui fut mise en oeuvre en ce début 1978 avec une modélisation de la température des "mers" en fonction des éclairements solaires et vérification par des mesures effectuées par les télescopes du CERGA par l'un des astronomes, Jean Gay. Cela valut quelques belles séances de nuit sur le plateau de Calern, en plein hiver, sous la neige. En avril, un modèle était prêt, transmis à l'ESOC pour programmation des logiciels de calibration, sous la direction de Jean Le Ber. Le tout valut une contribution très intéressante au 29ème congrès de la Fédération Internationale d'Astronautique qui se tint à Dubrovnik en septembre de la même année.