Description générale de METEOSAT

Les caractéristiques générales présentées ici sont issues de différentes sources : les publications EUMETSAT, le site internet de EUMETSAT (http :www.eumetsat.de). Les informations orbito- graphiques des satellites METEOSAT, ainsi que pour les satellites TRMM et Megha-Tropiques dans les paragraphes qui suivront ont été en partie tirées du livre "Satellites : orbites et missions" de Michel Capderou ainsi que du logiciel d’orbitographie IXION.

A.1.2.1 Caractéristiques de vol

Les satellites METEOSAT (figure A.1) observent la Terre depuis une orbite quasi-circulaire à une altitude d’environ 36 000 km dite géostationnaire. La vitesse de rotation autour de la planète sur cette orbite est identique à la rotation de la Terre sur elle-même et permet ainsi une observation continue d’une même région du globe. Le satellite opérationnel a pour point subsatellite 0˚de longitude et observe le continent africain, l’océan Atlantique et l’Europe. La légère instabilité de cette position produit un déplacement du satellite en forme de huit autour de ce point. Des écarts de 1˚en longitude et latitude autour du point subsatellite sont considérés comme des variations normales pour un satellite géostationnaire. Lorsque ces écarts sont dépassés, on effectue alors une correction à l’aide de moteurs latéraux fonctionnant à l’hydrazine, impliquant alors une durée de vie limitée du satellite.

L’orbite de certains satellites METEOSAT a été modifiée afin de rejoindre d’autres positions longitudinales. METEOSAT-3, en remplacement d’un satellite GOES-Atlantique a été déplacé de sa position de repos vers les longitudes 55˚W et 75˚W entre 1991 et 1995. C’est aussi le cas de METEOSAT-5 qui a été déplacé de sa position de repos (10˚W) vers l’océan Indien à 63˚W, en support de la campagne internationale INDOEX entre 1998 et 2005. Depuis 2005, METEOSAT-5 a été remplacé par METEOSAT-7 positionné à 57,5˚pour l’observation de la région indienne.

A.1.2.2 Caractéristiques spectrales de l’instrument

– METEOSAT première génération

Les satellites METEOSAT-1 à 7 possèdent à leur bord trois bandes spectrales d’observation ou canaux :

– Un canal dit visible bande large (0,45 - 1µm) qui observe le spectre solaire et donne des

informations sur l’albédo des surfaces claires ou des nuages.

– Un canal dans l’infrarouge thermique (10,5 - 12,5µm) qui renseigne par exemple sur la

FIGUREA.1 – Vue artistique de METEOSAT Seconde Génération.

– Un canal vapeur d’eau centré sur une forte bande d’absorption de la vapeur d’eau aux envi-

rons de 6,3µm, couvrant la bande 5,7 - 7,1 µm et qui est principalement utilisé pour estimer

l’humidité dans la troposphère libre, mais aussi pour corriger l’attribution de l’altitude des nuages semi-transparents. Dans ces longueurs d’onde, l’atmosphère est très opaque si de la vapeur d’eau est présente et transparente si l’air est sec.

– METEOSAT Seconde Génération

La seconde génération des satellites METEOSAT possède douze bandes spectrales d’observa- tion. Les canaux originaux de METEOSAT première génération sont conservés afin d’assurer la

continuité des mesures et de nouveaux canaux ont été ajoutés pour enrichir la qualité d’observation (SEVIRI Science Plans). Les 12 canaux sont décrits ci-dessous :

– Deux canaux visibles 0,6µm et 0,8 µm essentiels pour la la détection nuageuse, l’identifi-

cation de scènes, les aérosols, le suivi de la végétation...

– Un canal 1,6µm pour discriminer les nuages de la couverture neigeuse ainsi que les nuages

composés de cristaux de glace des nuages composés de gouttelettes d’eau.

– Un canal HRV à une résolution de 1km utilisé pour la prévision météorologique.

– Les canaux vapeur d’eau 6,2µm et 7,3 µm

– Quatre canaux infrarouges 3,9µm, 8,7 µm, 10,8 µm et 12 µm pour une observation nua-

geuse continue avec une température estimée des nuages, de la surface du sol et de la mer.

Le canal 3,8µm est utilisé spécifiquement la nuit pour détecter le brouillard et les nuages

très bas.

– Les canaux 9,7µm et 13,4 µm pour une amélioration des imageries multi-spectrales, des

calculs des déplacements nuageux, etc... Le canal infrarouge 9,7µm appartient à une bande

d’absorption correspondant à l’ozone et est utilisé pour l’étude dans la haute troposphère

des paramètres de la tropopause et des vents stratosphériques. Le canal 13,4µm appartient à

une bande d’absorption du CO2 et est en particulier utilisé pour la discrimination des cirrus. Depuis le lancement du premier satellite METEOSAT, la précision radiométrique (le nombre de bits pour numériser le signal électrique mesuré par le capteur) a évolué de 6 bits pour les satellites pré-opérationnels, à 8 bits pour les satellites METEOSAT première génération de la période opé- rationnelle, et à 10 bits pour MSG. Les comptes numériques ainsi obtenus varient entre 0 et 63,

0 et 255 et, 0 et 1023 respectivement. Dans le cas du canal infrarouge 10,8µm de MSG, l’erreur

radiométrique à une température de 300 K est estimée à 0,11 K, alors qu’il est de 0,3 K dans le cas

du canal 10,8µm de METEOSAT-7 pour une même température. Il est intéressant de noter que

la technologie et les performances des canaux infrarouges restent les mêmes depuis le lancement

des premiers METEOSAT. La diminution de l’erreur radiométrique pour le canal 10,8µm entre

les différents satellites METEOSAT est alors expliquée par la numérisation sur 10 bits du signal reçu.

A.1.2.3 Géométrie de l’acquisition des images

La stabilité du satellite sur son orbite est assurée par sa rotation propre autour d’un axe parallèle à l’axe de rotation de la Terre à la vitesse de 100 tours/minute. La région observée à chaque instant est appelée pixel et correspond à une tache au sol de l’ordre de 5km au point subsatellite pour les canaux infrarouges et vapeur d’eau et de 2,5 km pour le canal visible des METEOSAT première génération. En ce qui concerne les satellites de seconde génération, la résolution des pixels au point subsatellite est de l’ordre de 1 km pour le canal HRV et de 3 km pour les canaux IR et WV et les trois canaux visibles restant. A chaque rotation, le radiomètre balaye la zone d’observation selon une ligne. L’inclinaison de l’optique de mesure est modifiée après chaque rotation (schéma A.3). L’ensemble des lignes ainsi acquises forme l’image METEOSAT. Dans le cas des METEOSAT première génération, la zone totale d’observation de METEOSAT est composée de 2 500 x 2 500

FIGUREA.2 – Description technique du satellite MSG

pixels pour les canaux IR et WV, et de 5 000 x 5 000 pixels pour le canal visible. Dans le cas de MSG, la zone d’observation est composée de 11 136 x 11 136 pixels pour le canal HRV, et de 3 712 x 3 712 pixels pour les canaux IR, WV et les 3 autres canaux visibles.

En ce qui concerne les satellites de première génération, la procédure d’acquisition de l’image se déroule en 25 minutes. Le satellite est ramené à son inclinaison originale en 2 minutes 30. Deux minutes 30 sont alloués à la stabilisation du satellite. Une nouvelle image est donc disponible toutes les 30 minutes. Ce mode d’acquisition est parfois modifié pour des applications spécifiques. Pendant l’éclipse totale de soleil du 11 août 1999, METEOSAT-6 observa la trace au sol de l’ombre de la lune à la fréquence d’une image toutes les 10 minutes. Dans le cas de METEOSAT Seconde Génération, une nouvelle image est disponible toutes les 15 minutes. L’acquisition de l’image se déroule en 12 minutes, et 3 minutes sont nécessaires pour ramener le satellite à son inclinaison originale et pour le stabiliser.

FIGUREA.3 – Schéma descriptif de l’acquisition des images METEOSAT.