METEOSAT

METEOSAT ou Météosat (Meteosat en anglais) est une famille de satellites météorologiques réalisés sous maîtrise d'œuvre de l'Agence spatiale européenne (ESA). Géostationnaires, ils permettent 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.

Le programme Météosat fait partie du système mondial d'observation de l'atmosphère terrestre, 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. 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, sous maîtrise d'œuvre d'Aerospatiale.

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.

En 2010, deux satellites Météosat de première génération sont encore en exploitation : Météosat 6 et Météosat 7 observent l'Inde.

Ce programme est le premier grand (voire le 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 1980, 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.

En 2007, le programme a fêté ses 30 ans.

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 européen des opérations spatiales (ESOC), situé à Darmstadt, Allemagne, qui contrôle les satellites.

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 fourniture d'images reconstituées aux diverses chaînes de télévision et leurs journaux météo.

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 1970, du Laboratoire ARMINES de l'École 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 œuvre sous la direction de Michel Albuisson.

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 de Guy Lebègue, responsable de la qualité image des satellites, à laquelle il associa des astronomes de l'observatoire du CERGA, à Grasse, équipés de télescopes observant la Lune, y compris en infrarouge. Il suffisait d'enregistrer 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 œuvre 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. En avril, un modèle était prêt, transmis à l'ESOC pour programmation des logiciels de calibration, sous la direction de Jean Le Ber.

Cette opération originale et inédite valut une contribution au 29ème congrès de la Fédération Internationale d'Astronautique qui se tint à Dubrovnik en septembre de la même année.

Cette calibration est une donnée essentielle pour les calculs de la précision des températures des mers, utilisée pour le positionnement des flottilles de pêche.

En 1995, Eumetsat lance la suite du programme:

En 2009, après des études préliminaires, l'ESA, agissant pour le compte d'Eumetsat, lance l'appel d'offres pour une troisième génération.

Le concept évolue fortement par rapport aux deux générations précédentes, puisque deux types de satellites seront mis en oeuvre, tous deux stabilisés trois-axes (alors que les deux générations précédentes étaient spinnés) avec une très grande précision de pointage. L'augmentation du temps d'observation de 5 à 100% par rapport à la solution de stabilisation par rotation est indispensable pour satisfaire les besoins futurs, qui exigeront des gains en résolution spatiale, en cycle de répétition et en rapport signal sur bruit. Ces satellites seront :

• un "imageur" (MTG-I) avec plus de canaux avec des résolutions spatiale, temporelle et radiométrique bien meilleures que celles de l'instrument de MSG. De plus, un imageur pour les éclairs mesurera en continu, dans la longueur d'onde 777,4 nm et avec une résolution spatiale de 10 kilomètres les impulsions optiques (éclairs) déclenchées par des décharges d'énergie ; l'information fournie aux utilisateurs sera l'heure, la position et l'intensité des impulsions optiques détectées. Quatre modèles seront commandés.
• un "sondeur" (MTG-S) infrarouge, un spectromètre de Fourier imageur dont la résolution spectrale est de 0,625 cm-1, travaillant dans deux bandes de l'infrarouge avec une résolution spatiale de 4 kilomètres. Il sera capable de fournir une image du disque complet dans l’infrarouge lointain avec 800 canaux spectraux et dans l’infrarouge moyen sur 920 canaux avec une répétition de cycle nominale de 60 minutes. La commande portera sur deux modèles.

Deux groupes d'industriels européens sont en compétition, menés par Thales Alenia Space, avec une maîtrise d'œuvre française et par EADS Astrium Satellites, avec une maîtrise d'œuvre allemande, le choix devant être fait avant la fin de l'année.

En début 2010, le choix tarde à se faire, des intérêts politiques entrant en jeu dans une compétition franco-allemande.

Le 19 mars 2010, l'ESA annonce avoir choisi l'équipe menée par Thales Alenia Space pour entamer la négociation finale pour un contrat à signer courant juin .

Le 22 juin 2010, le conseil d'Eumetsat adopte la proposition de Thales Alenia Space, le contrat devant être signé fin du mois.