D1 Télédétection par satellite

Topique

La télédétection satellitaire regroupe les techniques qui mesurent, depuis l'espace, le rayonnement électromagnétique émis ou réfléchi par l'atmosphère et la surface terrestre. Son principal avantage réside dans la couverture globale, systématique et reproductible qu'elle offre, impossible à obtenir uniquement avec des instruments au sol. Les satellites météorologiques utilisent principalement deux types d'orbites, chacune présentant des avantages différents en termes de fréquence d'observation et de résolution spatiale.

Les satellites géostationnaires orbitent à une altitude d'environ 36 000 km au-dessus de l'équateur et semblent fixes par rapport à un point précis de la surface terrestre. Cela leur permet d'observer en continu une vaste région de la planète et de générer des images toutes les quelques minutes. Leur grande distance limite cependant leur résolution spatiale par rapport aux satellites en orbite plus basse. Les satellites en orbite terrestre basse (LEO) volent beaucoup plus près de la Terre, généralement à une altitude de quelques centaines de kilomètres. En se déplaçant autour de la planète, ils offrent une meilleure résolution spatiale, mais chaque région est observée moins fréquemment et la couverture globale est construite progressivement au fil des orbites.

Les satellites géostationnaires utilisent différents canaux spectraux. Les canaux visibles enregistrent le rayonnement solaire réfléchi par les nuages ​​et la surface terrestre. Les canaux infrarouges thermiques détectent le rayonnement émis par la Terre, permettant ainsi de déterminer les températures de brillance de la surface et des nuages. Les canaux sensibles à la vapeur d'eau observent des bandes infrarouges spécifiques, notamment autour de 6 µm, où la vapeur d'eau absorbe intensément le rayonnement. Ceci permet de suivre la distribution et le mouvement de l'humidité atmosphérique, même dans les régions où les nuages ​​ne sont pas clairement visibles.

Les satellites en orbite polaire embarquent d'autres instruments spécialisés. Les radiomètres micro-ondes observent différentes fréquences et fournissent des informations sur la température et l'humidité atmosphériques, ainsi que sur les variables liées à l'eau liquide et aux précipitations. Les diffusiomètres émettent des signaux micro-ondes vers la surface de l'océan et mesurent leur rétrodiffusion, dont la dépendance à la rugosité de la surface de la mer permet d'estimer la vitesse et la direction du vent de surface. L'occultation radio utilise les signaux des satellites de navigation : lorsque ces signaux traversent l'atmosphère, ils sont réfractés, et l'analyse de cette réfraction permet d'obtenir des profils verticaux haute résolution des propriétés atmosphériques.

Tous ces instruments reposent sur des principes physiques communs pour transformer les signaux enregistrés en variables météorologiques. L'équation de transfert radiatif décrit comment le rayonnement est émis, absorbé et transmis lors de sa traversée de l'atmosphère. Le rayonnement qui atteint finalement le capteur contient ainsi des informations sur la température et la composition des différentes couches traversées. Pour le rayonnement thermique, la loi de Planck établit la relation entre la température d'un corps et le rayonnement qu'il émet, permettant ainsi de convertir le rayonnement observé en température de brillance.

Avant d'effectuer ces conversions, un étalonnage instrumental est nécessaire. Les détecteurs produisent initialement des signaux électriques qui doivent être convertis en valeurs de rayonnement physique selon des procédures spécifiques à chaque capteur. La précision finale dépend donc de l'ensemble de la chaîne d'observation : caractéristiques orbitales, résolution spatiale et spectrale, sensibilité de l'instrument, étalonnage et algorithmes utilisés pour le calcul des variables atmosphériques. Les satellites géostationnaires se distinguent par leur haute résolution temporelle, permettant un suivi rapide de l'évolution des nuages ​​et des systèmes météorologiques, tandis que les satellites polaires fournissent des observations spatiales plus détaillées et des profils atmosphériques obtenus grâce à divers capteurs. La combinaison de ces deux plateformes, ainsi que des lois physiques qui régissent l'interprétation du rayonnement mesuré, permet d'observer en continu et de manière systématique l'évolution de l'atmosphère et de la surface terrestre à l'échelle planétaire.

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