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À l’heure où les modèles numériques demandent de plus en plus d’observations à assimiler pour une résolution toujours plus haute, les missions satellitaires en météorologie ne cessent de se multiplier ces dernières années. En effet, les satellites possèdent l’avantage de pouvoir mesurer plusieurs paramètres sur de larges zones parfois pauvres en observations au sol dites « conventionnelles » (océan, zone polaire, désert,…). La mesure par télédétection permet également de faire avancer la connaissance avec la collecte de paramètres expérimentaux qui sont analysés par les laboratoires et leurs chercheurs pour comprendre des mécanismes physiques, allant de l’échelle macroscopique à l’échelle microscopique, qui régissent les lois de la physique atmosphérique. Infoclimat vous propose ici un petit tour d’horizon des missions spatiales en cours sur le domaine de la météorologie et du climat.

Aéolus, le satellite qui révolutionne la mesure du vent

Ci-dessus : Vue artistique du satellite Aéolus. Copyright ECMWF-ESA

Lancé le 22 août 2018, ce satellite européen va révolutionner la mesure du vent à la surface de la planète. Pour effectuer ces mesures, Aéolus utilise un instrument nommé ALADIN (Atmospheric Laser Doppler Instrument) qui est composé d’un lidar et d’un télescope composé de plus de 250 miroirs !  Le principe est simple : le laser va envoyer une impulsion en direction de la terre, lorsque ce faisceau va entrer en contact avec les gouttelettes ou molécules en suspension dans notre atmosphère, une partie du faisceau va être atténuée et une seconde partie elle-même atténuée sera renvoyée vers le télescope qui transmettra les mesures à un spectromètre qui les interprètera et déduira la vitesse de déplacement de ces particules et donc du vent sur plusieurs niveaux verticaux. Cette technologie est unique sur une mission satellite et fut complexe à mettre en place retardant le départ initial de la mission de près de 10 ans ! Aéolus devait initialement partir en 2007, il ne partira qu’en 2018 depuis le Centre Spatial Guyanais du CNES (Centre National des Études Spatiales).

Ci-dessus : Photo du lancement d'aéolus. Copyright ESA-CNES

Situé en orbite à 320km d’altitude « seulement », Aéolus effectue près de 100 profils verticaux par heure avec une précision de mesure comprise entre 1 et 3 m/s. La mission devrait durer 3 ans, au-delà une dégradation des mesures est attendue du fait de la sensibilité du télescope et de ses 250 miroirs !

Ci-dessus : Les 250 miroirs du télescope d'aéolus. Copyright Selex-Es

La mission aura cependant donnée quelques sueurs froides aux responsables. Le 13/05/2019, le laser d’ALADIN perd de sa puissance remettant en question la durée de la mission. Les scientifiques feront en Juin 2019 une bascule des mesures sur le laser de secours embarqué sur le satellite. Le 02/09/2019, une manœuvre d’évitement en urgence est effectuée par l’Agence spatiale européenne (ESA) pour éviter la constellation Starlink. Ce sera pour le moment la dernière frayeur qu’Aéolus aura donnée aux scientifiques.

Le 3 septembre, les profils d’Aéolus sont validés et l’assimilation des données recueillies débutera en janvier 2020 dans le modèle du CEPMMT (Centre Européen des Prévisions Météorologiques à Moyen Terme).

Ci-dessus : Exemples de mesures obtenues par aéolus. Profils de vents. Copyright ESA-ECMWF

 

Taranis, futur explorateur des phénomènes électromagnétiques associés aux orages

Taranis est un micro-satellite français qui sera lancé en 2020. Ce dernier aura pour mission d’observer et de caractériser les Événements Lumineux Transitoires (TLE) associés aux orages comme les sprites.

Ci-dessus : Vue artistique de Taranis. Copyright CNES

Les orages sont connus par tous et notamment par les chasseurs d’orages en partie grâce aux éclairs. Mais ces manifestations de l’électricité atmosphérique ne sont en réalité qu’une partie des phénomènes électriques que dégagent les cumulonimbus. En effet ces dernières années les campagnes de mesures sur l’électricité atmosphérique se sont multipliées et ont montré il y a moins de 20 ans que les orages dégageaient sur leur base supérieure des évènements électriques très brefs (observables que via des instruments) appelés Événements Lumineux Transitoires (TLE). Plusieurs types de TLE existent :

  • Les sprites : arcs électriques filamenteux très brefs souvent de couleur rouge qui ne durent que quelques millisecondes. Ils peuvent atteindre entre 70 et 90km d’altitude.
  • Les elfes : Halo souvent couronnant des sprites, ils se situent généralement aux alentours de 90km d’altitude.
  • Les Jets bleus: Ces derniers sont les TLE les plus bas puisqu’ils partent de la base supérieure du cumulonimbus et ne montent que jusqu’à 50km en moyenne.

Ci-dessus : présentation des différents TLE. Copyright Wikipédia

Les orages peuvent également dégager des bouffées de rayons gamma, d’électrons ou même d’ondes électromagnétiques.

 

L’ensemble de ces caractéristiques vont être mesurées par l’ensemble des instruments équipant Taranis à savoir :

  • L’instrument MLP  composé de 4 photomètres (instruments mesurant les grandeurs lumineuses), 2 caméras, un capteur rayon X et un capteur rayon gamma. Ce dernier est fabriqué par le Commissariat de l’Énergie Atomique faisant partie des principaux acteurs du projet. MLP est chargé d’observer les spectres électromagnétiques des TLE.
  • Les instruments IME et IMM fabriqués par le Laboratoire de Physique et de Chimie de l’Environnement et de l’Espace (LPC2E), qui sont des magnétomètres et antennes à diverses fréquences. Ces derniers sont chargés d’observer les ondes électromagnétiques dégagées.
  • Les Instruments IDEE et XGRE élaborés par l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) et le Laboratoire Atmosphère Milieu et Observations Spatiales (LATMOS), ces derniers vont mesurer les bouffées d’électrons, de photons et de rayons X ou gamma dégagés.

 

Le CNES quant à lui se charge de l’assemblage du satellite et de son lancement.

Ci-dessus : localisation des différents instruments sur le satellite Tzranis. Copyright CEA-CNES

Ce projet a été lancé dans les années 2010, la construction a débuté par la suite. En septembre 2017, les premières livraisons des instruments cités ci-dessus ont été effectuées. Le lancement est maintenant prévu en 2020.

Ci-dessus : Taranis dans les salles blanches du CNES à Toulouse. Copyright CNES

 

Megha-Tropiques, un satellite qui a amélioré les connaissances en météorologie tropicale

Cette mission est en passe de se terminer. Nous vous proposons donc une petite rétrospective de cette mission et de ses conclusions très prometteuses !

La mission Megha-Tropiques est un projet franco-indien lancé il y a plus de 20 ans. Les réseaux d’observation sur la zone tropicale étant peu denses, il était alors impossible de caractériser l’eau atmosphérique et les flux radiatifs, données pourtant essentielles dans l’assimilation en prévision numérique du temps. Ce projet  avait donc pour objectif d’effectuer des observations satellites du cycle de l’eau et de l’énergie de l’atmosphère tropicale tout en caractérisant l’influence de la circulation et de la convection tropicale sur le bilan radiatif de cette zone.

Ci-dessus : Vue artistique de Megha-Tropiques. Copyright CNES

3 instruments français ont équipé ce satellite :

  • MADRAS : Radiomètre servant à l’estimation des pluies
  • SAPHIR : Radiomètre micro-onde donnant une estimation de l’humidité à la verticale.
  • SCARAB : Radiomètre à bande large permettant d’effectuer le bilan radiatif de la zone soumise aux mesures.

Le satellite a été lancé le 12/10/2011 pour une mission initialement prévue de seulement 4 ans. En réalité elle durera 8 ans.

En 2013 une avarie impacte le radiomètre MADRAS occasionnant son arrêt définitif qui sera heureusement compensé par la qualité des mesures de SAPHIR.

 

L’analyse des données récoltées a permis de caractériser plus précisément la relation nuage-humidité ainsi que l’évolution du bilan radiatif lors des processus de la convection tropicale. Des assimilations des données dans divers modèles ont été effectuées par les chercheurs et ont permis de réduire de 6% les erreurs de prévision des trajectoires cycloniques par le modèle ARPEGE par exemple. Ces avancées conduiront Météo-France et la Japan Meteorological Agency (JMA) a intégrer dans les modèles opérationnels les données de SAPHIR. Le Met-Office et la NOAA suivront l’année suivante puis en 2017 ce sera au tour du CEPMMT et de l’Agence Météorologique Coréenne de suivre le mouvement.

Ci-dessus : Diverses mesures obtenues par le satellite Megha-Tropiques. Pour la première image, mesure lors du typhon Bejisa le 01/01/2014 par l'instrument SAPHIR. Copyright LATMOS. Pour la seconde, profil vertical convectif et comparaison des mesures de 6 canaux de l'instrument SAPHIR. Copyright semanticsscholar

 

La mission rend ces derniers souffles avec une dégradation des mesures et de leur réception. 2020 signera la fin définitive de la campagne Megha-Tropiques précurseuse de futurs satellites du même genre ?

Conclusion :

La mesure météorologique par télédétection spatiale possède de multiples avantages et les campagnes de lancement de satellites portant des instruments toujours plus innovants se multiplient pour faire avancer la connaissance et percer les nombreux mystères de l’atmosphère. En 2021 ce sera Météosat Troisième Génération qui sera lancé avec son imageur d’éclair qui permettra à terme une amélioration des produits de prévision des orages !

 

Bibliographie :

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/observation-terre-aeolus-satellite-va-mesurer-vent-ete-lance-69192/

 

https://fr.wikipedia.org/wiki/ADM-Aeolus

https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions/a/adm-aeolus

https://www.ecmwf.int/en/about/media-centre/news/2018/aeolus-satellite-launch-paves-way-better-forecasts

https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Aeolus/Second_laser_boosts_Aeolus_power

https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Aeolus/Aeolus_winds_now_in_daily_weather_forecasts

 

https://www.youtube.com/watch?v=HVnLLAsadaI

https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions/t/taranis

https://www.agences-spatiales.fr/satellite-taranis-cnes-letude-de-la-face-cachee-des-orages/

https://taranis.cnes.fr/fr/taranis-deux-livraisons-importantes-en-moins-dune-semaine

https://taranis.cnes.fr/fr

https://fr.wikipedia.org/wiki/Ph%C3%A9nom%C3%A8ne_lumineux_transitoire#/media/Fichier:Upperatmoslight1.jpg

https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions/m/megha-tropiques

https://www.semanticscholar.org/paper/Distribution-of-Tropical-Deep-Convective-Clouds-Mathew-Raju/ebcac55dba6b0f2b96f6a88dbb12a07255f0a576

http://www.lmd.jussieu.fr/news/archives-actualites-2014/actualites-scientifiques-2014/megha-tropiques

Bilan scientifique de la mission Megha-Tropics après 8 ans dans l’espace : http://documents.irevues.inist.fr/handle/2042/70540

https://phototheque.cnes.fr/cnes/categories

 

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