ENVISAT - Définition

Introduction

ENVISAT est un satellite mis en orbite le 1^er mars 2002 par Ariane 5 depuis le Centre spatial guyanais de Kourou, en Guyane française. Ce programme, de l'Agence spatiale européenne, de 2,3 milliards d'euros a mis en orbite le plus gros satellite scientifique d'observation de la Terre jamais conçu (26 m × 10 m × 5 m déployé pour 8,5 t). Le développement et la construction de ce satellite de 8200 kg ont duré plus de dix ans et exigé la contribution de près de 100 entreprises (dont Astrium) de 14 pays.

Mission

Le satellite ENVISAT est consacré à l'observation de la Terre. Il a pour objectif d'assurer la continuité des missions ERS, tout en apportant des observations de paramètres additionnels afin de contribuer efficacement à l'étude de l'environnement.

Au travers des objectifs globaux et régionaux de la mission, de nombreuses disciplines bénéficient des données acquises par les différents capteurs embarqués sur ce satellite, comme la chimie de l'atmosphère (couche d'ozone), l'océanographie (biologie marine, couleur et température de l'océan, vague), l'hydrologie (humidité du sol, inondation), suivi agricole et forestier, risques naturels, modèle numérique de terrain (par interférométrie), suivi de trafic maritime, suivi de pollution, cartographie et suivi de la neige et de la glace…

Orbite

ENVISAT effectue un cycle de 501 orbites en 35 jours sur une orbite héliosynchrone. Il repasse ensuite exactement au même endroit.

En 2010, après huit années de bon services, son utilisation est prorogée jusqu'à la fin 2013. Pour cela, il sera nécessaire d'en modifier l'orbite en octobre 2010 pour limiter la consommation d'hydrazine : celle-ci sera diminuée de 17,4 km et son inclinaison ne sera plus contrôlée.

Instruments

ENVISAT embarque dix instruments scientifiques, complétés par le système de positionnement DORIS. Chaque instrument fonctionne dans une portion spécifique du spectre électromagnétique (le visible et l'infrarouge pour SCIAMACHY, GOMOS, AATSR, MIPAS et MERIS; les micro-ondes pour MWR, RA-2, ASAR et DORIS). L'essentiel des descriptions qui suivent provient des sites dédiés de l'ESA.

Spectromètre imageur MERIS

MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer) est composé de cinq caméras placées côte à côte, chacune équipées d'un spectromètre 'pushbroom' (rateau en anglais). Ces spectromètres utilisent des détecteurs CCD à deux dimensions. L'un des côtés du détecteur est orienté perpendiculairement à la trajectoire du satellite et permet, à travers le bloc optique, de collecter des observations simultanément pour une ligne de points à la surface de la Terre (ou dans l'atmosphère). Le déplacement du satellite le long de sa trajectoire et un temps d'intégration court permettent de recréer par la suite des images à deux dimensions. Le système de dispersion de la lumière dans le bloc optique permet également de séparer les composantes spectrales du rayonnement reçu sur le détecteur dans la direction parallèle à la trajectoire du satellite. Ces spectromètres acquièrent naturellement des données dans un grand nombre de bandes spectrales, mais, pour des raisons techniques, seules 16 d'entre elles peuvent être transmises au segment sol (dont une qui est nécessaire au traitement du signal de bas niveau). Cet instrument fournit donc des données dans 15 bandes, qui sont cependant programmables en position et en largeur spectrales, de même qu'en gain. En pratique, ces caractéristiques techniques sont effectivement fixes pour permettre un grand nombre d'applications systématiques ou opérationnelles.

La résolution spatiale intrinsèque des détecteurs assure une distance horizontale, à la surface de la Terre, de l'ordre de 300 m entre les points successifs observés, et le concept du pushbroom évite les grosses distorsions typiques des instruments à balayage. Le champ de vision total de MERIS est de 68,5 degrés, ce qui permet d'acquérir des données sur l'ensemble de la planète en trois jours au plus (dans les régions équatoriales). Les zones polaires sont visitées plus fréquemment à cause de la convergences des orbites.

L'objectif principal de MERIS est de mesurer la couleur de l'océan, tant en pleine mer qu'en zones côtières. Ceci permet de dériver des informations telles que les concentrations de chlorophylle ou de sédiments en suspension dans l'eau. Ces mesures trouvent, entre autres, leur utilité pour le suivi du cycle du carbone ou du régime thermique océanique, ou encore la gestion des pêcheries. L'étude des propriétés atmosphériques (absorption gazeuse et diffusion par les aérosols) est essentielle pour obtenir des informations fiables sur les océans, parce qu'elles contribuent à la majeure partie du signal observé (par ciel clair) ou tout simplement parce que les nuages empêchent d'observer la surface. Enfin, cet instrument est également très utile pour suivre l'évolution des propriétés biogéophysiques des environnements terrestres, telles que la fraction de radiation solaire effectivement utilisée par les plantes dans les processus de photosynthèse, parmi bien d'autres.

MERIS a été réalisé dans le Centre spatial de Cannes Mandelieu.

Radiomètre passif AATSR

AATSR (Advanced Along Track Scanning Radiometer) est un radiomètre passif qui vise à obtenir des mesures des émissions en provenance de la surface de la Terre dans les domaines visible et infrarouge. Grâce au double angle de prise de vue de cet instrument, il est possible de réaliser des corrections très précises des effets de l'atmosphère sur la propagation des émissions terrestres. Successeur des instruments ATSR1 et ATSR2, embarqués respectivement sur ERS1 et ERS2, AATSR permet de réaliser des mesures de température de la surface de la mer à 0,3 K près, pour la recherche climatologique.

Parmi les objectifs secondaires de l'AATSR figurent l'observation de paramètres environnementaux tels que la teneur en eau, la biomasse, la santé et la croissance de la végétation.

GOMOS

GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars) utilise le principe de l'occultation. Il collecte sur ses détecteurs la lumière d’une étoile traversant l’atmosphère terrestre et mesure l’extinction de cette lumière par des gaz à l’état de trace (NO₂, NO₃, OClO), l’ozone et les aérosols présents entre environ 20 et 80 km d’altitude avec une résolution de 3 km.

Spectromètre SCIAMACHY

SCIAMACHY (SCanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CartograpHY) est un spectromètre imageur dont l'objectif principal est de cartographier les concentrations des gaz traces et des aérosols dans la troposphère et la stratosphère. Les rayonnements solaires transmis, rétrodiffusés et réfléchis par l'atmosphère sont enregistrés avec une haute résolution spectrale (0.2 à 0.5 nm)de 240 à 1700 nm, et dans certaines régions spectrales entre 2000 et 2400 nm. La haute résolution spectrale ainsi que la large gamme de longueur d'onde utilisée permettent la détection de plusieurs gaz traces malgré leurs faibles concentrations. Les longueurs d'onde utiles permettent également une détection efficace des aérosols et des nuages. SCIAMACHY utilise 3 différents mode de visée: au nadir (vers le sol), au limbe (à travers la couronne atmosphérique) et en occultation solaire ou lunaire.

Interféromètre MIPAS

MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding) est un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier qui fournit des profils de pression, de température et de gaz à l’état de traces (NO₂, N₂O, CH₄, HNO₃, O₃, H₂O) dans la stratosphère. Cet instrument fonctionne avec une résolution spectrale élevée et dans une bande spectrale étendue, ce qui permet d'avoir une couverture à l'échelle du globe en toutes saisons et un fonctionnement de qualité identique de jour comme de nuit. MIPAS a une résolution verticale de 3 à 5 km dépendant de l’altitude (résolution de 5 km au niveau de la haute stratosphère).

Altimètre radar RA-2

Radar imageur à synthèse d'ouverture ASAR

ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar) est un radar à synthèse d'ouverture en bande C capable d'opérer dans une large variété de modes. Il assure la continuité des missions ERS1 et ERS2, tout en ajoutant de nombreuses fonctionnalités telles que les observations dans différentes polarisation ou combinaison de polarisations, différents angles d'incidence et différentes résolutions spatiales.

Ces différents types d'acquisition sont accessibles à plusieurs niveaux de traitement (suffixe ajouté à l'identifiant du mode d'acquisition, i.e. IMP, APS, etc.) :

• RAW (données brutes, ou de niveau 0), qui contiennent toutes les informations nécessaires à la création des images.
• S (données complexes, Single Look Complex), images sous forme complexe, partie réelle et imaginaire du signal de sortie du processus de compression
• P (image précision), image d'amplitude améliorée en radiométrie à taille de pixel constante (12,5 m pour IMP)
• M (image précision moyenne), image d'amplitude améliorée en radiométrie et à résolution plus grossière qu'en mode précision
• G (image géocodée), image d'amplitude à laquelle est appliquée une transformation géographique simple sans prise en compte des effets du relief.

Les acquisitions en mode vague (WV) sont particulières en cela qu'elles sont constituées d'une série d'images de 5 km par 5 km espacées de 100 km

Radiomètre micro-ondes MWR