Airbus Defence and Space

En « pôle » position

L’orbite polaire de MetOp

Avant MetOp, les satellites européens de prévisions météorologiques (à savoir, la famille Météosat) étaient tous placés en orbite géostationnaire à 36 000 kilomètres au-dessus de l’équateur, de façon à graviter autour de la Terre à la même vitesse de rotation que la planète elle-même. Vus du sol, ces satellites donnent donc l’impression d’être stationnaires, sur un point fixe au-dessus de l’équateur.

Les orbites géostationnaires présentent des avantages indéniables : elles permettent en effet de couvrir une grande partie de la Terre, de suivre toujours la même zone géographique et de surveiller en continu les conditions atmosphériques et l’évolution des événements météorologiques afin d’établir des prévisions à court terme. Elles ont néanmoins quelques inconvénients, puisque les satellites géostationnaires ne peuvent observer qu’une seule face de la Terre, toujours la même. Par ailleurs, en gravitant sur la ligne équatoriale, ils excluent certaines parties du globe de leur champ de vision : en définitive, seules les zones situées dans un couloir de latitudes comprises entre 81° Nord et Sud sont visibles. Les régions polaires australes et septentrionales ne peuvent donc pas être observées depuis ce type d’orbite. Une observation complète de la Terre est impossible à réaliser sans y inclure les pôles, qui représentent les « chambres climatiques » de notre planète, au premier sens du terme : leurs calottes, températures, précipitations et activité éolienne influent sur l’ensemble du globe, en particulier les régions situées sous de hautes latitudes comme l’Europe et une grande partie de l’Amérique du Nord. A eux seuls, les satellites géostationnaires ne livrent pas suffisamment d’informations pour établir des prévisions météorologiques exhaustives, et surtout, pour alimenter les modèles prévisionnels numériques très complexes utilisés par les météorologues pour les prévisions à court terme.

Précision polaire

Les satellites comme MetOp, qui gravitent sur une orbite polaire à plus basse altitude (environ 800 km, contre 36 000 km pour l’orbite géostationnaire), fournissent des données supplémentaires essentielles, malgré un angle d’observation plus restreint. A cette altitude, bien plus proche des phénomènes observés, le degré de détail est largement supérieur. En outre, une orbite plus basse offre la possibilité d’utiliser des radiomètres hyperfréquences, qui nécessitent des antennes relativement grandes pour pouvoir atteindre des résolutions au sol suffisamment précises pour être utiles. Les radiomètres hyperfréquences sont capables d’effectuer des mesures à travers la couverture nuageuse pour relever les précipitations et les températures dans différentes couches de l’atmosphère, mais aussi des caractéristiques comme les vents à la surface des océans.

Sun-synchronous orbit

Et surtout, ils balaient l’ensemble du globe. Contrairement aux satellites géostationnaires, leur orbite ne suit pas l’équateur, mais le dissèque à mesure qu’ils passent d’un pôle à l’autre : la Terre tourne constamment sous la trajectoire du satellite, ce qui offre une vue géographique différente à chaque orbite. MetOp gravite autour de la Terre à une altitude moyenne de 830 km, sur une orbite quasi-polaire (inclinée à 98,7° par rapport à l’équateur). Il survole les pôles 14 fois par jour, à raison d’une révolution complète de 100 minutes, au cours de laquelle la Terre tourne d’environ 25° sur son axe. Etant donné que son orbite change en permanence en raison de cette rotation, MetOp couvre chaque point de la surface de la Terre tous les cinq jours, équipé de sa suite d’instruments de mesure. Toutefois, la large fauchée de la plupart de ses instruments permet de constituer un panorama global en l’espace de deux jours.

Images prises par MetOp-A (© Eumetsat)

Images prises par MetOp-A (© Eumetsat)

Un lève-tôt !

MetOp couvre l’« orbite du matin » : autrement dit, il franchit systématiquement l’équateur à 9h30 sur un axe Nord-Sud, sur la face éclairée de la Terre. L’orbite du satellite est conçue de telle façon qu’elle passe toujours au-dessus de ses zones cibles à une heure locale constante. MetOp survole donc toujours les mêmes points de la surface de la Terre à la même heure.

MetOp suit ce que l’on appelle une trajectoire héliosynchrone, selon laquelle le plan de l’orbite du satellite conserve un angle fixe par rapport au soleil à mesure que la Terre tourne. Le plan d’une orbite héliosynchrone tourne également, d’environ un degré par jour, afin de garder le rythme de la révolution de la Terre autour du soleil. Autrement dit, du point de vue de MetOp, le soleil se trouve toujours à la même place sur l’orbite du satellite, ce qui signifie que l’heure est également toujours la même.

MetOp suit une trajectoire héliosynchrone

MetOp suit une trajectoire héliosynchrone

L’un des avantages de survoler toujours le même point à la même heure locale est que l’angle d’éclairage du sol est quasiment identique à chaque fois que le satellite observe le point en question. Cette constance est une caractéristique très utile pour les satellites météorologiques ou de télédétection, pour la surveillance de l’évolution des événements météorologiques d’une zone donnée au fil du temps.

Cette orbite a été choisie de façon à ce que MetOp puisse travailler en conjonction avec le « satellite de l’après-midi » de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) américaine qui, en gravitant sur une orbite basse complémentaire, franchit l’équateur à 14h30 (face éclairée). Ensemble, ces deux orbites optimisent la zone de couverture au-dessus de laquelle les observations sont effectuées. Les systèmes européen et américain dépendent d’un accord de collaboration (le Système polaire initial commun, IJPS) et partagent un certain nombre d’instruments communs à bord de tous les satellites. Toutes les données des deux systèmes sont constamment échangées et transférées à des centaines d’utilisateurs du monde entier seulement 2 heures et 15 minutes après l’enregistrement des observations dans l’espace.

MetOp et le satellite de la NOAA : des orbites complémentaires

MetOp et le satellite de la NOAA : des orbites complémentaires

YahSat