Satellite météorologique

Satellite en orbite géostationnaire

Positionnés directement au-dessus de l’équateur terrestre et à une distance de (35 880 km les satellites géostationnaires orbitent de façon synchrone avec la Terre ce qui leur permet de fournir en continu des informations sur la même portion du globe, surtout dans les spectres visibles et infrarouges. À l'altitude élevée qui est la leur ils fournissent une vue globale de l'hémisphère visible depuis leur position soit environ 40 % de la surface terrestre. Ils constituent une source d'informations idéale pour les phénomènes météorologiques à grande échelle dans le domaine de la météorologie, l'hydrologie et l'océanographie. Les images répétitives fournies (fréquence de l'ordre de quelques minutes pour les satellites les plus récents) permettent d'identifier dès leur apparition et de suivre le développement des phénomènes météorologiques tels que les ouragans, tempêtes, tornades et crues violentes ainsi que les variations des conditions météorologiques au fil de la journée^,.

L'orbite géostationnaire présente un désavantage majeur par rapport à l'orbite polaire : la résolution spatiale, du fait de la distance 50 fois plus importante, est au mieux de l'ordre du kilomètre. Cette résolution est maximale à leur sous-point (à leur nadir), le point de l'équateur à la verticale duquel ils sont situés et elle diminue en allant vers les bords du disque terrestre à cause de la parallaxe de l’angle de visée de plus en plus rasant. Ainsi, par exemple, au-dessus de 65 degrés de latitude Nord ou en dessous de 65 degrés de latitude Sud, les données collectées deviennent pratiquement inutilisables^,.

Les capteurs emportés par ces satellites sont principalement des radiomètres imageurs capable de produire des images avec une résolution spatiale et temporelle élevées dans un grand nombre de bandes spectrales allant du visible à l'infrarouge thermique (16 bandes spectrales pour l'instrument FCI du satellite européen MTG). MTG emporte également un sondeur infrarouge (IRS) qui permet de disposer des informations sur la température et l'humidité de l'atmosphère toutes les 30 minutes alors que cet instrument jusque là emporté par les satellites à défilement ne produisait ces données que deux fois par jour (par satellite). Le satellite européen emporte également un détecteur d'éclairs dont les données sont utilisées sur le plan opérationnel pour alerter la population en cas d'orages violents. Les données recueillies sont utilisées par les météorologues pour suivre les systèmes météorologiques visuellement en plus d’extraire des données dérivées (température et albédo) pour connaître la structure de l’atmosphère et des nuages. Ces données sont injectées dans les modèles de prévision numérique. Les médias agrémentent également leurs bulletins météo d’animations en boucle venant de ces satellites.

Satellites en orbite polaire (à défilement ou défilants)

Complémentaires des satellites géostationnaires, les satellites en orbite polaire (dits également satellites à défilement) orbitent autour de la Terre à basse altitude (~700 – 800 km) selon une trajectoire caractérisée par une inclinaison orbitale élevée (environ 90°) les faisant survoler les pôles. Ils circulent généralement sur une orbite héliosynchrone caractérisé par le fait que leur plan orbital est maintenu perpendiculaire à l’axe joignant le Soleil et la Terre. Cette caractéristique est obtenue de manière passive en exploitant la dérive du plan orbital générée par le bourrelet équatorial de la Terre. Ainsi à chaque orbite ils survolent les régions observées à la même heure solaire deux fois par jour (par exemple 6 h du matin et du soir). Les soviétiques se sont longtemps distingués en plaçant leurs satellites météorologiques Meteor sur une orbite polaire non héliosynchrone jusqu'en 1993. Le maintien d'une heure solaire de survol nécessite de fréquentes corrections de l'orbite. Aussi jusqu'à récemment les satellites défilants de la NOAA laissaient l'orbite dérivée sachant que le respect d'une heure de survol précise ne constitue par une exigence forte pour les besoins météorologiques contrairement à d'autres satellites d'observation de la Terre. Les différentes agences météorologiques se coordonnent pour que les survols de leurs satellites se fassent à des heures complémentaires et fixes : ainsi les satellites européens MetOp/MetOp-SG effectuent leur survol du noeud ascendant à 21 h 30 (descendant 9 h 30), les américains JPSS et chinois FY-3 à 13 h 30 et d'autres satellites chinois FY-3 à 18 h^,.

Comme ils sont plus proches de la surface, ces satellites ont une meilleure résolution spatiale. Ils peuvent distinguer plus facilement les détails de température, des nuages et la forme visible de ces derniers. Les feux de forêt et la brume sont beaucoup plus évidents. On peut même en extraire des informations sur le vent selon la forme et le déplacement des nuages. La surface observée exploite le déplacement du satellite et le balayage perpendiculaire à celui-ci qui dépend des caractéristiques de l'instrument : la largeur de la zone couverte (la largeur de la fauchée) peut aller de quelques kilomètres à environ 2 000 kilomètres). Mais, comme ils ne couvrent pas continuellement la même surface terrestre, ils ont un usage plus limité pour surveiller l'évolution en temps réel des phénomènes météorologiques. Généralement ils fournissent des informations deux fois par jour. Ils sont surtout utiles dans les régions situées aux latitudes élevées (ce qui comprend une grande partie de l'Europe) où des images composites venant des différents satellites sont plus fréquentes et permettent de voir ce qui est presque invisible pour les capteurs des satellites géostationnaires^,.

Ces satellites emportent une gamme étendue de capteurs : imageurs disposant d'une résolution spatiale de 300 mètres, sondeur infrarouges ou micro-ondes à forte résolution spectrales, radars diffusomètres , etc.. Pour des utilisations de plus longue haleine, ces satellites donnent des informations importantes. Les données infrarouges et visibles recueillies par ces satellites permettent de suivre le déplacement à moyens termes de phénomènes tels les courants marins comme le Gulf Stream et El Niño et les masses d’air avec une précision beaucoup plus grande.

Autres types d'orbite

Certains satellites qui fournissent des données à usage météorologique circulent sur des orbites qui ne relèvent pas des deux catégories précédentes. C'est le cas par exemple des satellites océanographiques franco-américains (Topex/Poseidon, Jason, Sentinel-6) dont l'orbite est optimisée pour le survol des océans : leur inclinaison orbitale est de 66° et leur altitude est de 1 366 kilomètre. Le satellite franco-indien Megha-Tropiques qui alimente également les systèmes météorologiques (précipitations) circule lui sur une orbite optimisée pour suivre les évènements tropicaux avec une inclinaison orbitale de 20°. Le satellite nippo-américain GPM-Core qui mesure également les précipitations circule également sur une orbite basse (400 km) avec une inclinaison orbitale intermédiaire (65°). Enfin les russes ont lancé en 2021 le satellite météorologique Arktika-M circulant sur une orbite de Molnia avec des caractéristiques orbitales (40 000 × 1 000 km, inclinaison de 63°) qui lui permet de pouvoir observer la même région de hautes latitudes durant 10 heures sur les 12 heures de sa période orbitale.

Radiomètre imageur

Le radiomètre-imageur ou imageur produit des images qui sont réalisées dans différentes longueurs d'onde en lumière visible et en infrarouge. L'infrarouge permet de déterminer les principales caractéristiques de l’atmosphère telles que la température, l'humidité, les nuages, les aérosols ou l'ozone. Contrairement au radiomètre, qui ne fournit qu'une seule mesure pour une zone donnée, il produit une image c'est-à-dire un ensemble de valeurs couvrant la surface observée dans les deux dimensions grâce à un système de balayage. Sa résolution est modeste (quelques kilomètres) mais il balaye une large portion de la surface dans le sens perpendiculaire à la progression du satellite lorsqu'il est embarqué sur un satellite polaire (généralement 1 000 à 2 000 kilomètres) ce qui lui permet de couvrir l'ensemble de la surface de la planète deux fois par jour. Ces données peuvent être recueillies aussi bien sur la face éclairée que sur la face nocturne. Les premiers instruments ne « regardent » que quelques longueurs d’onde alors que les nouvelles générations divisent ce spectre en 16 canaux (instrument Instrument FCI du satellite géostationnaire européen MTG).

Des radiomètres observant dans le spectre visible pour mesurer la brillance de la réflexion solaire sur les différentes surfaces. Ces données sont corrigées par les programmes d’analyse au sol selon l’angle du soleil pour uniformiser les informations.

Sondeur micro-ondes et infrarouge

Le sondeur atmosphérique est un instrument de télédétection passif qui contrairement au radiomètre qui fournit une mesure unique pour toute la colonne atmosphérique, réalise des mesures à intervalles réguliers tout au long de sa ligne de visée (par exemple à des altitudes échelonnées tous les kilomètres). On distingue d'une part les sondeurs verticaux qui visent la surface de la Terre et sont optimisés pour les mesures dans la moyenne et la basse atmosphère et d'autre part les sondeurs au limbe qui exploitent une source de rayonnement (Soleil, étoile, atmosphère) dont le rayonnement tangente la Terre et qui sont plus précises pour les mesures dans la haute atmosphère. Les sondeurs sont généralement des spectromètres ayant une très haute résolution spectrale pour qu'ils puissent analyser les raies d’absorption et d'émission des constituants de l'atmosphère terrestre. Ils sont généralement de type imageur. Le sondeur mesure l'énergie émise à des longueurs d'onde allant du sub-millimétrique au centimétrique (de 1 à 1 000 GHz) par des molécules, généralement l'eau (liquide ou vapeur) ou le dioxygène pour en déduire la structure verticale de la température et du taux d'humidité. Le profil de température est obtenu en mesurant le taux d'absorption du rayonnement par l'oxygène (longueur d'onde 60 GHz). L'émission de ce rayonnement est proportionnel à la densité de l'oxygène et à la température. L'oxygène étant distribué de manière homogène et connu sur le globe, la température peut être directement déduite du signal. Pour obtenir le profil vertical, l'instrument combine des mesures effectue sur plusieurs canaux tout en se déplaçant. Le profil vertical du taux d'humidité est obtenu en utilisant la même technique en observant le taux d'absorption de la vapeur d'eau (22,235 GHz ainsi que 183,31 GHz).

Diffusomètre

Le diffusomètre est un instrument actif de type radar mesurant avec une très grande précision le facteur de rétrodiffusion d'une onde électromagnétique sur une surface. Il est principalement utilisé pour mesurer la hauteur des vagues et la force des vents de surface grâce à une observation multi-directionnelle. Les mesures de rétro-diffusion prétraitées et normées sont souvent appelées sigma-zéro (${\displaystyle \sigma _{0}}$).

• Principe de fonctionnement du diffusomètre et de l'occultation radio
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  Principe de fonctionnement d'un diffusomètre.
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  FORMOSAT-3/COSMIC utilise la technique de l'occultation radio en analysant les distorsions subies par le signal radio émis par les satellites GPS lorsque celui-ci traverse l'atmosphère terrestre.

Instrument de mesure de l'occultation radio

La technique de l'occultation radio est une méthode de mesure à distance des caractéristiques de l'atmosphère qui exploite le phénomène de réfraction d'un signal radio-électrique lorsqu'il traverse celle-ci. Pour sa mise en œuvre l'instrument embarqué à bord d'un satellite utilise un récepteur radio qui analyse les déformations du signal émis par un émetteur (satellite GPS) qui du fait de la position relative des deux satellites a dû traverser l'atmosphère terrestre. La phase, la polarisation et l'amplitude du signal radio sont modifiées selon des proportions qui dépendent de l'indice de réfraction de l'atmosphère. Les différentes mesures de ce dernier au fur et à mesure que la sonde défile permet d'en déduire différentes caractéristiques de l'atmosphère telles que la température, la pression ou le taux d'humidité. Le satellite européen MetOp emporte ainsi l'instrument GRAS qui fournit des profils de température avec une résolution verticale de 100 mètres et une précision de 1 kelvin^,.

Autres instruments à but météorologique

Le détecteur d'éclairs est un instrument qui détecte ces phénomènes en mesurant l'intensité lumineuse dans une bande spectrale optique étroite. L'instrument LI embarqué sur les satellites géostationnaires européens MTG-I observe dans la longueur d'onde 777,4 nanomètres dans une bande spectrale large de 1,9 nanomètres. La résolution spatiale est de quelques kilomètres et la résolution temporelle est de 10 secondes. Les données résultantes sont transmises en quasi temps réel (30 secondes) après traitement pour les besoins de prévision des phénomènes de surveillance des phénomènes météorologiques intenses. Les données produites sont également utilisées en climatologie et pour l'étude de la chimie de la haute troposphère. Les États-Unis mettent également en oeuvre ce type d'instrument (GLM sur les satellites GOES-R) ainsi que la Chine (instrument LMI sur les satellites FY-4).

Le lidar émet des impulsions lumineuses à l'aide d'un laser et analyse leurs réflexions. Il est utilisé par exemple pour mesurer les caractéristiques des aérosols, des gouttelettes d'eau et des particules de glace en suspension dans l'atmosphère. L'altimètre lidar est un type de lidar qui mesure l'altitude de la surface terrestre. Il est utilisé pour déterminer l'épaisseur des calottes polaires, les courants océaniques et la topographie des terres émergées. Le lidar ne fonctionne pas lorsqu'il y a des nuages un peu épais.

Instruments à but non météorologique

Les satellites météorologiques, qui de par leur taille bénéficient d'une grande capacité d'emport de charge utile, embarquent généralement des instruments à but non météorologiques dont la mise en œuvre est compatible avec l'orbite sur laquelle ils circulent :

• Le satellite MTG embarque le sondeur UVN pour le compte du programme Copernicus (mission Sentinel-5) observant le rayonnement comprenant outre le visible et le proche infrarouge l'ultraviolet et destiné à analyser la chimie de l'atmosphère.
• Des équipements de détection et localisation des appels de détresse émis par des balises du système COSPAS-SARSAT (satellites géostationnaires MSG et MTG et polaire MetOp).
• Des équipements de collecte Argos de mesures in situ réalisées par des capteurs au sol, en mer ou dans les mers : bouées, balises fixés sur des animaux, balise embarqués sur des ballons, des bateaux ou des avions (satellites MetOp, MetOp-SG).
• Des instruments de météorologie de l'espace mesurant in situ les caractéristiques des particules énergétiques (intensité, direction, énergie) lors de la traversée des ceintures de radiation ou suite à des tempêtes solaires (instrument SEM-2 à bord du satellite MetOp).
• Des instruments de surveillance de la couche d'ozone, de grande importance pour le climat, comme GOME-2 embarque sur le satellite européen MetOP.

• Produits générés à partir des données collectées par les satellites météorologiques
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  Images prises dans chacun des 16 canaux (2 en lumière visible, 4 en proche infrarouge, 10 en infrarouge) du radiomètre imageur ABI du satellite géostationnaire américain GOESS16 (2017).
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  Carte de la vitesse et de la direction des vents du cyclone Katrina produite à partir des données du diffusomètre du satellite QuikSCAT de la NASA (2005).
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  Quantité d'ozone (mesurée en Dobsons) montrant un net déficit au-dessus de la région du pôle sud. Image réalisée par l'instrument GOME-2 du satellite MetOp (2010).

Prévision météorologique

En ce qui concerne les applications dans le domaine de la météorologie, les données fournies par les capteurs des satellites météorologiques sont traitées pour déterminer la structure de l’atmosphère (stabilité, température, vents et humidité). Ces données viennent compléter celles fournies par les stations terrestres et aérologiques (stations de surface, bouées, radiosondages, capteurs embarqués sur des avions, radars terrestres) dans l'alimentation des modèles de prévision numérique du temps. Si les données recueillies par ces capteurs traditionnels jouent encore un rôle majeur pour ces modèles, les données satellitaires sont devenues essentielles. Ainsi dans le cas du modèle Arpège mis en oeuvre par Météo-France pour les prévisions météorologiques sur le territoire de la France l'absence des données issues des données collectées par des moyens non satellitaires entraine une dégradation relative des prévisions à 24 heures de 30 % mais la perte des sondeurs micro-onde, infrarouge, de l'imagerie satellitaire, des diffusomètres et des instruments d'occultation radio entraient une dégradation de la qualité des prévisions respectivement de 22 %, 17 %, 15 %, 6 % et 5 % (chiffres de 2023). Toutefois pour les prévisions dites immédiates (1 à 6 heures) à l'échelle régionale aux moyennes latitudes le poids des données satellitaires reste faible lorsqu'on dispose d'un réseau de capteurs terrestres et aériens dense comme c'est le cas en France. Ainsi le poids de celles-ci en nombre et en impact est de seulement 15 % dans le modèle Arome-France en 2007 pour une journée sans pluie. En effet d'une part le rythme très rapide des mises à jour nécessaires ne permet pas d'exploiter systématiquement les données des satellites défilants qui fournissent deux observations par jour pour une région donnée et d'autre part la résolution spatiale des capteurs des satellites géostationnaires, qui ont par contre une fréquence de mise à jour élevée (5 minutes), est relativement faible (de l'ordre du kilomètre).

Lorsqu'un territoire est moins bien couvert par des instruments de mesure in situ, ce qui est le cas de la majorité des pays (moins riches ou moins densément peuplés ou comportant des territoires plus difficilement accessibles), le rôle des données satellitaires devient prépondérant. En permettant d'anticiper la survenue de catastrophes météorologiques (cyclones, tempêtes en mer, inondations , etc.) ces prévisions permettent chaque année de sauver de nombreuses vies humaines et d'éviter des destructions matérielles dont le coût se chiffre en milliards d'euros. Rien que sur le territoire européen on estime que, entre 1998 et 2009, les catastrophes naturelles d'origine météorologique ont coûté la vie à 80 000 personnes et occasionnés des pertes économiques de 120 milliards euros.

Si les données satellitaires jouent en 2026 un rôle majeur dans l'établissement des prévisions météorologiques, cela n'a pas toujours été le cas. Les premiers instruments embarqués sur les satellites météorologiques étaient expérimentaux et étaient loin de répondre aux attentes des météorologues. Les premiers satellites (TIROS) ne fournissaient des données que sur la face éclairée de la Terre. La première génération des satellites Météosat ne disposait d'aucun dispositif permettant d'étalonner l'imageur et différentes méthodes indirectes devaient être utilisées pour déterminer l'intensité lumineuse. Néanmoins ces premiers instruments fournissaient déjà des informations utiles. Par exemple les images des cyclones approchant la côte est des États-Unis prises par les satellites GOES constituaient un argument convaincant pour les habitants des régions côtières à qui on demandait d'évacuer leur maison. Inexistante lors du lancement des premiers satellites météorologiques, une communauté d'utilisateurs a progressivement émergé et a pu spécifier de manière de plus en plus précise des cahiers des charges pour le développement des nouveaux satellites et instruments. La mise au point des modalités d'exploitation opérationnelle des données collectées par de nouveaux instruments a été un processus parfois très long. Il a ainsi fallu 15 ans pour développer les algorithmes permettant d'exploiter les sondages effectués par l'instrument TOVS. La détermination de la vitesse de déplacement des nuages à partir des images prises par les radiomètres imageurs embarqués sur des satellites géostationnaires est un autre cas où des améliorations incrémentales sur une longue période ont été nécessaires pour aboutir (le problème était de déterminer l'altitude des nuages en déplacement). Au début des années 2000 les données satellitaires se sont mis à jouer un rôle à la fois prépondérant et particulièrement efficace comme le démontre la convergence presque parfaite entre les prévisions et les observations dans l'hémisphère sud pourtant particulièrement pauvre en moyens d'observation in situ. Le volume de données météorologiques d'origine spatiale pris en compte par les modèles a cru rapidement pour différentes raisons : meilleure résolution spatiale, augmentation du nombre de bandes spectrales observées, multiplication des instruments. Ainsi le modèle global Arpège de Météo-France utilise 30 fois plus de données en 2016 qu'en 2002 et cet accroissement est pratiquement exclusivement imputable aux données satellitaires.

Climatologie

L'autre utilisation de ces données est le suivi du changement climatique et la mise au point d'un modèle du climat de la Terre. Les données recueillies permettent d'analyser les variations climatiques à différentes échelles. Elles sont utilisées pour valider les modèles climatiques en faisant tourner les modèles avec des données d'années antérieures et comparant les résultats avec ce qui s'est réellement passé. Les données brutes sont conservées pour remplir ces objectifs (Fondamental Climate data record ou données de niveau 1). Les données calculées à partir des données brutes et considérées comme essentielles pour les travaux sur le climat (Essential Climate Variable ou ECV) sont également archivées : ce sont l'humidité et la température de surface, les flux radiatifs au sommet de l'atmosphère et à la surface, l'albédo de surface et plusieurs paramètres concernant les nuages (couverture nuageuse, épaisseur optique, altitude, pression et températures des sommets , etc.). Pour disposer de séries exploitables il est nécessaire d'effectuer des étalonnages des valeurs fournies par les différentes générations d'instrument et de retraiter les données de manière à ce qu'elles traduisent de manière homogène les grandeurs géophysiques mesurées.

Autres utilisations

Par ailleurs les informations des satellites météorologiques peuvent être complémentaires à d’autres types de satellites environnementaux pour suivre les changements de végétation, l’état de la mer, la fonte des glaciers, mesurer la qualité de l'air (pollution, aérosols, brumes, etc.), la température de surface de la mer, la couverture de glace en hiver et des déplacements des icebergs pour les marins et les pêcheurs.

Ces informations peuvent également jouer un rôle important dans la préparation des opérations militaires ou dans la programmation des missions de reconnaissance photographique ce qui explique le développement de programmes de satellites météorologiques militaires comme le DMSP américain et la gestion du programme des satellites défilants soviétiques Meteor par les militaires soviétiques.

Contexte : la météorologie avant l'ère spatiale

Au milieu du XIX^e siècle, les météorologues prennent conscience que le climat ne résulte pas seulement des conditions atmosphériques locales mais également de phénomènes qui s'étendent sur de grandes distances. Pour déterminer l'évolution du temps il devient nécessaire de collecter des données climatiques sur des portions de plus en plus importantes de la surface de la Terre et à des altitudes de plus en plus élevées. Les équipements utilisés pour sonder l'atmosphère sont embarqués à bord de cerfs-volants et de ballons. Mais les données recueillies de cette manière ne permettent de répondre qu'à des besoins locaux et immédiats. Le développement de la météorologie à l'échelle synoptique (étude des phénomènes météorologiques s'étendant sur de vastes portions de la surface de la planète), entraîne une densification des relevés effectués. Un réseau de stations météorologiques se met en place à cette époque. Les données sont transmises à l'aide du télégraphe électrique dont l'usage s'est généralisé au cours de la décennie 1850.

Au début du XX^e siècle, les ballons deviennent le principal outil utilisé par les scientifiques pour effectuer des recherches sur la haute atmosphère. Des chercheurs français découvrent au cours de ces vols la stratosphère dont l'existence démontre que l'atmosphère terrestre est composée d'au moins deux couches superposées. Cette découverte entraîne l'abandon de la théorie selon laquelle l'atmosphère terrestre serait constituée d'une enveloppe gazeuse simple. Au cours de la Première Guerre mondiale des chercheurs norvégiens exploitent des données recueillies par des ballons et développent les techniques d'analyse météorologique s'appuyant sur les masses d'air et les fronts. Durant ce conflit, les observations effectuées à l'aide de cerfs-volants et de ballons sont progressivement renforcées par l'utilisation des avions qui permettent d'effectuer des relevés jusqu'à une altitude de 3 à 4 kilomètres et dont les résultats présentent l'avantage d'être presque immédiatement disponibles. Cette nouvelle technique permet d'éliminer la récupération des instruments accrochés aux ballons qui nécessite parfois de parcourir des dizaines de kilomètres. Mais les mesures dans la stratosphère ne peuvent être réalisées par les avions des années 1920 et les instruments emportés par des ballons restent la principale source d'information pour cette partie de l'atmosphère.

La mise au point dans les années 1930 d'instruments permettant de transmettre les données par radio (radiosonde) ouvre la voie aux observations régulières de la stratosphère qui sont effectuées par des stations sur l'ensemble du globe. La montée en puissance de l'aviation commerciale et militaire entre les deux guerres ajoute de nouvelles responsabilités aux services météorologiques. Ceux-ci ont besoin d'informations actualisées et fiables. La Seconde Guerre mondiale accroît encore l'importance des prévisions météorologiques. Les forces aériennes et le transport maritime, qui jouent un rôle central dans le conflit, dépendent fortement de la fiabilité de ces prévisions. Par exemple, les météorologues jouent un rôle important dans la planification du débarquement de Normandie le 6 juin 1944.

À la fin du conflit, l'analyse globale du climat a fait de grands progrès aux États-Unis mais il reste encore beaucoup à faire pour que les prévisions météorologiques à l'échelle de la planète deviennent une réalité. Pour acquérir les données nécessaires au-dessus des océans, qui contribuent de manière particulièrement importante au développement des phénomènes météorologiques, il est nécessaire de collecter des données in situ à l'aide des bateaux situés en mer. Ces données sont recueillies dans un premier temps par les équipages des cargos et des paquebots puis par des navires spécialisés, des bouées et des avions. La radio et le radar permettent d'ouvrir au moins partiellement la météorologie à l'analyse météorologique. Il subsiste toutefois de grandes régions pour lesquelles on ne dispose de peu ou pratiquement aucune information : une grande partie des océans, des régions désertiques et des jungles, les calottes polaires et d'autres régions éparpillées. En 1957, on estimait que seulement 5 % de la surface de la planète faisait l'objet de recueil de données météorologiques continues.

Premières photos de la Terre vue de l'espace

Le recours à un satellite artificiel pour effectuer des observations météorologiques est évoqué pour la première fois dans un rapport classifié de la RAND Corporation préparé en 1951 pour une commission du Sénat américain. Mais c'est un article de Harry Wexler publié en mai 1954 et intitulé Observing the Weather from a Satellite Vehicle (en français : « Observation du temps à partir d'un satellite ») qui évoque pour la première fois l'apport d'un engin placé dans l'espace (en particulier pour le suivi des tempêtes) et précise ses caractéristiques idéales :

• Son altitude doit permettre d'avoir une vue quasi instantanée de l'ensemble de l'Amérique du Nord mais elle ne doit pas être trop élevée pour permettre d'identifier la topographie au sol.
• Il doit couvrir l'ensemble de la face éclairée de la Terre au moins une fois par jour.
• Les systèmes nuageux doivent être survolés au moins une fois toutes les 12 heures pour permettre de suivre l'évolution des tempêtes.
• Son déplacement doit se faire vers l'ouest pour détecter rapidement les nouvelles tempêtes qui se déplacent généralement de l'ouest vers l'est.

À la fin de la décennie 1940 et au début des années 1950, des instruments permettant d'étudier les couches supérieures de l'atmosphère sont lancés à très haute altitude (110 à 165 km) avec des fusées (missiles V-2 recyclés et fusées-sondes Viking) qui décollent depuis le Polygone d'essais de missile de White Sands, Nouveau-Mexique. Des caméras placées dans le cône de ces fusées parviennent à effectuer les premières photos de nuages prises à haute altitude. Ces expériences débouchent sur un premier concept de satellite d'observation de la Terre baptisé MOUSE (en anglais : Minimum Orbital Unmanned Satellite of the Earth). Ce projet de satellite stabilisé par rotation et de la taille d'un ballon de basket-ball inspire largement par la suite le programme TIROS. En 1954, une fusée-sonde Aerobee lancée depuis le sud-ouest des États-Unis prend des photos d'une tempête sur le golfe du Mexique qui révèlent des formes de nuages jusque là jamais observées qui permettent d'expliquer certaines précipitations mesurées par les stations terriennes. Cette découverte démontre l'apport des photos prises à très haute altitude.

Début de l'ère spatiale

Comme tout nouveau concept, la réalisation d'un satellite destiné à la météorologie rencontre des résistances à la fois de la part des météorologues qui considèrent qu'il est préférable d'investir dans d'autres domaines et de la part de l'association professionnelle qui les réunit l'American Meteorological Society. À compter de 1954, des chercheurs commencent à publier des articles discutant de la faisabilité d'un satellite météorologique et des capteurs multi-fréquences qu'il est nécessaire de développer. Des études théoriques sont menées à compter de 1956 par le U.S. Weather Bureau, le Air Force Research Laboratory (AFRL), l'université d'État de Floride, et l'observatoire Blue Hill de l'université Harvard pour mesurer l'impact de satellites météorologiques sur l'analyse météorologique et les moyens de d'utiliser et de distribuer les données collectées. Le concept, qui ne relève plus de la science-fiction, gagne en crédibilité. Les débuts de l'ère spatiale sont posés lorsque le représentant des États-Unis annonce en 1955 que son pays lancera un satellite artificiel dans le cadre de l'Année géophysique internationale organisée en 1957-1958. Pour répondre à cet objectif, les États-Unis décident de développer un lanceur civil dans le cadre du programme Vanguard à vocation scientifique. La charge utile des premiers satellites doit être constitué d'instruments d'aéronomie (étude de la haute atmosphère) et de la météorologie. Mais le lanceur Vanguard, trop sophistiqué, rencontre des problèmes de mise au point ce qui permet à l'équipe dirigée par Wernher von Braun de lancer le premier satellite artificiel américain, Explorer 1, le 1^er février 1958, en utilisant un lanceur Jupiter C, un missile à courte portée modifié. Le premier satellite, aux objectifs partiellement météorologiques est Vanguard 2. À cette époque, le programme spatial en genèse est largement élaboré au sein de laboratoires militaires. Les chercheurs qui conçoivent Vanguard 2 font ainsi partie du Signal Corps Laboratories, un laboratoire du service des télécommunications de l'Armée de Terre américaine et de l'Air Force Research Laboratory (AFRL) service de recherche de l'Armée de l'Air. Vanguard 2 est un satellite de 45 kilogrammes qui emporte un radiomètre. Celui-ci permet de prendre une image ligne par ligne en exploitant la rotation du satellite. Mais le satellite, lancé en orbite le 17 février 1959, est mal équilibré, et au lieu d'être animé d'un mouvement de rotation uniforme, il oscille rendant les images prises inexploitables. Explorer 6, qui est lancé le 13 octobre 1959, collecte pour la première fois des données intéressant la météorologie. Il effectue la première mesure du bilan radiatif de la Terre^,.

Genèse du premier satellite météorologique TIROS-1

En 1951, la société RCA, à l'époque leader dans le domaine de l'électronique, est chargée par RAND Corporation d'étudier un satellite emportant des caméras de télévision. Cette étude reste sans suite mais les ingénieurs de RCA parachèvent leurs travaux et dès 1956 proposent un satellite équipé de leurs caméras à tube Vidicon aux militaires pour en faire un satellite de reconnaissance et au U.S. Weather Bureau pour couvrir des besoins météorologiques. Leur proposition ne rencontre aucun succès. Wernher von Braun, qui est à l'époque, responsable de la conception du missile balistique Redstone au sein de l'Army Ballistic Missile Agency (ABMA), une unité de l'Armée de terre américaine, souhaite jouer un rôle dans le développement des satellites et est intéressé par la proposition de RCA sans doute car son projet de satellite Orbiter est écarté au profit du programme Vanguard. Un premier contrat est passé en 1956 par l'ABMA avec RCA pour le développement d'un satellite équipé des caméras proposées par cette société pouvant être lancé par le lanceur Jupiter C. Mais celui-ci ne peut placer en orbite qu'une charge utile de 11 kilogrammes. Mais alors que l'objectif initial était le développement d'un satellite météorologique, la capacité de celui-ci à jouer le rôle de satellite de reconnaissance a sans doute joué dans la décision de von Braun. Le contrat passé avec RCA, très ambitieux, compte tenu de l'état de l'art dans le domaine spatial à l'époque, couvre la conception du satellite, la mise au point des systèmes de contrôle d'attitude et de contrôle thermique, l'étude de la dynamique orbitale, le développement de l'électronique et la réalisation des équipements nécessaires pour la station au sol.

À la suite du lancement du premier satellite artificiel par l'Union soviétique (Spoutnik 1), les responsables américains réagissent en créant le 7 février 1958 au sein du département de la Défense, le service de recherche DARPA (en anglais : Defense Advanced Research Projects Agency), une agence chargée de coordonner les différents projets spatiaux jusque là dispersés au sein des différentes forces militaires américaines. La nouvelle agence est désormais responsable du développement du programme de satellite météorologique. C'est elle qui décide de la réalisation du lanceur Juno II. Après une revue complète du projet de satellite ABMA/RCA et un examen de projets concurrents, la DARPA décide que le développement d'un satellite météorologique constitue un objectif urgent à priorité très élevée. En conséquence, la conception du satellite de la RCA est clairement orientée dans cet objectif abandonnant les velléités de construction d'un satellite de reconnaissance. En mars 1958, le président américain Eisenhower annonce qu'il décide de confier le développement des satellites non militaires à une agence spatiale civile, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) qui reprend à la fois les établissements de la NACA (en anglais : National Advisory Committee for Aeronautics) et les entités militaires consacrés à des programmes spatiaux à objectif civil. Mais la mise en place de la NASA prend du temps et le département de la Défense demande à la DARPA de poursuivre ses travaux sur le satellite météorologique. En mai 1958, la DARPA crée un comité pour définir les spécifications du satellite. Le comité implique les organisations ayant déjà directement travaillé sur le projet ainsi que les établissements en cours de regroupement au sein de la NASA. Le chef de projet fait partie de la DARPA et le comité comprend des représentants de l'ABMA, de la NACA, de l'Office of Naval Research (ONR), de la RAND Corporation, de RCA, du U.S. Weather Bureau, de l'Air Force Research Laboratory du service des télécommunications de l'Armée de terre américaine (United States Army Signal Corps) et de l'université du Wisconsin. Au milieu de 1958, la décision est prise de confier le développement du satellite à RCA tandis que ABMA est chargé de fournir le lanceur^,.

Le comité valide le recours aux caméras à tube Vidicon proposées par RCA. Il propose d'équiper le satellite de trois caméras dotées respectivement d'objectifs grand angle, standard et d'un téléobjectif. Ce dernier, qui a une résolution spatiale de 100 mètres, est abandonné car les autorités estiment à l'époque qu'elle peut dévoiler des installations couvertes par le secret militaire. Au printemps 1959, le projet de satellite, baptisé TIROS-1 (en anglais : Television Infrared Observation Satellite, en français : « Satellite d'observation par télévision dans l'infrarouge ») est transféré à la NASA^,.

Le transfert par les militaires du programme TIROS à la NASA devient effectif le 13 avril 1959 (pour le détecteur infrarouge les conditions du transfert font l'objet de contestations et la mise au point de cet instrument est retardée et il ne sera installé sur la série de satellites qu'à partir de TIROS-2). Le centre de vol spatial Goddard est chargé au sein de la NASA de la direction du projet, du suivi en vol, de la gestion du centre de contrôle, du suivi technique des développements de RCA (charge utile intégrée et certains équipements au sol) et du développement du détecteur infrarouge. Le développement du lanceur et son lancement est assuré par son constructeur Douglas Aircraft. Le Army Signal Corps assure l'acquisition et le transfert des données entre le satellite et la Terre et le U.S. Weather Bureau analyse et transfère ces données, les distribue et les archive.

Série expérimentale des TIROS (1960-1965)

Dix satellites Television Infrared Observation Satellite (TIROS) expérimentaux sont lancés entre 1960 et 1965 avec un taux de succès de 100 %, remarquable pour l'époque. Les avantages du satellite pour les observations météorologiques à grande échelle sont perçus immédiatement. Différentes améliorations sont apportées sur certains des satellites de cette série et seront généralisées sur la série suivante :

• Le système APT (en anglais : Automatic Picture Transmission) testé sur TIROS-8 permet à des stations au sol équipées de récepteurs très simple de recevoir en temps réel les images collectées par une caméra dédiée.
• L'axe de rotation de TIROS-9 est désormais perpendiculaire et non plus parallèle au plan orbital. En conséquence les caméras, qui sont placées sur la tranche du corps cylindrique et non sous le cylindre, sont à chaque tour pointée directement vers la Terre. Cela facilite la localisation de la photo prise et permet des prises de vue continue.
• TIROS-10 est placé sur une orbite héliosynchrone (les exemplaires précédents circulaient sur une orbite faiblement inclinée). Sur cette orbite le satellite n'exclut plus les latitudes les plus élevées et les photos sont prises toujours à la même heure ce qui facilite les observations. Cette technique permet des observations à l'échelle planétaire et permet de lancer d'importants projets scientifiques et débouchera par la suite sur le Programme mondial de recherches sur le climat.

Satellites expérimentaux Nimbus (1964-1978)

La famille des satellites à défilement Nimbus est la deuxième génération de satellites météorologiques de la NASA. Ils devaient initialement constituée la première génération de satellites opérationnels mise en œuvre par l'agence Environmental Science Services Administration (ESSA), (remplacée en 1970 par la National Oceanic and Atmospheric Administration ou NOAA) mais à la suite des déboirs rencontrés par ce programme très ambitieux, l'ESSA préfère se tourner vers la deuxième génération des satellites TIROS (TIROS-ESSA ou TOS) et le programme Nimbus est développé dans un objectif expérimental. Sept satellites Nimbus sont placés en orbite entre 1964 et 1978 et sont utilisés sur une période de plus de 30 ans. Tous les satellites de cette série utilisent une plateforme/bus commune stabilisée sur trois axes et par gradient de gravité mais emportent des instruments différents et en nombre croissant ce qui fait passer leur masse de 373 (Nimbus 1) à 832 kilogrammes (Nimbus 7). Les satellites Nimbus, placés sur une orbite polaire, jouent un rôle pionnier en mettant au point de nouveaux types d'instrument déployés par la suite sur les satellites d'observation de la Terre. Ils déterminent pour la première fois le bilan radiatif de la Terre. Ils confirment le trou dans la couche d'ozone en cours de formation au-dessus des zones polaires. Ils effectuent les premières mesures de la couleur de l'océan qui permettent d'estimer le niveau d'activité des plantes marines. Ils effectuent les premières mesures quantitatives de la glace flottant à la surface des océans. Ils déploient le premier système de recherche et sauvetage par satellite. Ils accumulent une grande quantité d'observations dans les domaines de l'étude de l'atmosphère terrestre, des océans, des échanges entre l'atmosphère et les océans qui alimentent de nombreuses recherches scientifiques portant sur les sciences de la Terre.

Système opérationnel : série ESSA (1966-1969)

Les dix premiers TIROS permettent d'affiner les techniques et les procédures mais sans fournir une couverture permanente. Pour exploiter de manière opérationnelle les données recueillies par les satellites d'observation de la Terre, dont les TIROS, l'administration américaine crée en 1965 une nouvelle agence fédérale, l'Environmental Science Services Administration (ESSA). La série qui succède aux TIROS et est baptisée ESSA ou TOS (TIROS Operational System) comprend neuf satellites, ESSA-1 à ESSA-9 lancés entre 1966 et 1969, tous placés en orbite héliosynchrone. Les satellites ont des caractéristiques générales similaires à la série précédente mais leur charge utile et leur orbite reprend les configurations testés sur les derniers TIROS. Les satellites au numéro impair embarquent des caméras APT qui transmettent leurs images en temps réel aux stations locales qu'ils survolent alors que ceux qui ont un numéro impair ont des caméras AVCS qui transmettent les images toutes les 12 heures aux stations terriennes de l'ESSA. Les images prises sont exploitées comme celles des TIROS mais désormais pour estimer la force des ouragans et produire des bulletins d'alerte. Les images permettent également d'identifier les courants-jets, les dorsales, les dépressions et les centres des vortex.

En 1959, le centre de vol spatial Goddard, établissement de la NASA, lance le programme Nimbus dont l'objectif est de développer la famille de satellites qui doit prendre la suite des TIROS. Le service météorologique américain finance le programme, mais en 1963, à la suite de déboires rencontrés par le projet, elle retire ses fonds et décide de continuer à utiliser les TIROS. La NASA poursuit seule le développement du programme Nimbus (huit satellites sont lancés entre 1964 et 1978) qui vont désormais servir de banc d'essais pour tester les innovations techniques et expérimentales. Les Nimbus vont jouer un rôle central dans le recours à la stabilisation sur trois axes des satellites et la mise au point de caméras Vidicon évoluées, des imageurs infrarouges, des radiomètres à micro-ondes et des sondeurs infrarouges. Toutes ces innovations seront déployées progressivement sur les séries des satellites TIROS^,.

ITOS - Stabilisation sur 3 axes et remplacement des caméras à tube vidicon par des radiomètres (1972-)

La série des ITOS (en anglais : Improved TOS) qui succède aux TOS/ESSA introduit la stabilisation sur trois axes qui permet d'améliorer de manière significative les performances puis les caméras sont désormais en permanence opérationnelle. Le premier satellite ITOS-1 (ou TIROS-M) est lancé en janvier 1970. Les trois premiers satellites combinent caméras Vidicon et AVCS c'est-à-dire que chacun d'entre eux tient le rôle de deux des satellites de la série précédente. Sur les cinq satellites suivants (le premier NOAA-2 est lancé en octobre 1972) les radiomètres à balayage VHRR (en anglais : Very High Resolution Radiometer) remplacent les caméras à tube vidicon et fournissement de jour comme de nuit des images infrarouges. Les radiomètres inaugurent l'ère des instruments multi-canaux même si sur cette série seuls deux canaux (visible et infrarouge) sont disponibles.

TIROS-N - Mesure des profils de température et d'humidité (1978-)

L'étape suivante dans le domaine de l'observation consiste à mesurer le profil vertical de la température et de l'humidité qui constituent des paramètres essentiels pour comprendre les phénomènes météorologiques et permettre d'effectuer des prévisions. Des travaux de recherche publiés en 1958 et 1959 qu'il était possible de déterminer la température de l'atmosphère en mesurant la bande d'absorption du CO₂ et de déduire le taux d'humidité en utilisant les mêmes mesures pour la molécule d'eau. La température de surface est déterminée en effectuant des mesures spectrales dans les longueurs d'onde qui peuvent traverser l'atmosphère. La série TIROS-N est la première à exploiter cette technique. L'instrument AVHRR/1 observe cinq bandes spectrales : 0,58-0,68 micromètre, 0,72-1,1 micromètre, 3,55-3,93 micromètres, 10,3-11,3 micromètres et 11,5-12,5 micromètres. Le premier exemplaire de la série est placé en orbite en octobre 1978.

Premiers satellites américains géostationnaires : série des SMS (1975-1987)

La première génération de satellites météorologiques géostationnaires américains est placée en orbite à compter de 1975. Les sept satellites Synchronous Meteorological Satellite (SMS) sont constitués de deux sous-séries d'une masse respectivement de 627 et 836 kilogrammes. Ils sont stabilisés par rotation et leur instrument principal est un radiomètre imageur visible et infrarouge qui fournit une image toutes les 20 minutes de jour comme de nuit avec une résolution spatiale de 0,9 kilomètres en lumière visible et 6,9 kilomètres dans l'infrarouge^,.

Satellites européens géostationnaires Météosat (1977-)

Météosat est initialement un projet de satellite météorologique géostationnaire que développe à compter de 1967 l'agence spatiale française (le CNES). En 1972 ce projet est repris par l'Agence spatiale européenne (ESRO puis ESA). Trois prototypes stabilisés par rotation (spinnés), dont l'instrument principal est un radiomètre imageur MVIRI à trois canaux (visible, infrarouge moyen et thermique) fournissant une image toutes les 30 minutes, sont placés en orbite entre 1977 et 1988. Avec la création d'EUMETSAT, organisme chargé de gérer les satellites météorologiques européens, le programme entre dans une phase opérationnelle. Quatre satellites aux caractéristiques similaires aux prototypes sont lancés entre 1989 et 1997. L'Europe maintient désormais en permanence au minimum un satellite en fonctionnement au niveau de la longitude 0° qui fournit des images couvrant une grande partie de l'Europe et de l'Afrique.

La seconde génération de satellites, MSG, est caractérisées par des performances accrues mais est toujours stabilisée par rotation. Le satellite emporte un radiomètre imageur SEVIRI à 12 canaux fournissant une image toutes les 15 minutes et un radiomètre GERB mesurant le bilan radiatif. Quatre exemplaires sont déployés entre 2002 et 2015.

Le déploiement de la troisième génération MTG débute en 2025. Les satellites qui la composent sont stabilisés sur trois axes. Ils sont de deux types. Les satellites MTG-I ont pour instruments principal un radiomètre imageur FCI à 16 canaux qui fournit une image complète toutes les 15 minutes et une image régionale (Europe) toutes les 2,5 minutes. Les satellites MTG-S ont pour instrument principal un sondeur infrarouge hyperspectral dérivé de l'instrument IASI déployé sur les satellites polaires MetOp.

Satellites géostationnaires japonais Himawari (1977-)

Le Japon lance son premier satellite (GMS-1) le 16 juillet 1977 par une fusée américaine. Les GMS suivants furent montés sur des fusées de l'agence spatiale japonaise (National Space Development Agency) depuis 1981. Le but de ces satellites est de collecter les données atmosphériques, les disséminer sous formes numériques ou analogiques, et de participer ainsi à la veille météorologique mondiale. Ces satellites étaient la contribution du Japon au programme Global Atmospheric Research Program (GARP). Ils ont également des capteurs pour suivre les particules solaires.

Satellites géostationnaires de l'Inde INSAT (1982-)

L'Inde lance son premier satellite météorologique géostationnaire INSAT-1 en 1982. Celui-ci devient opérationnel en 1983. Ce satellite de construction américaine emporte un radiomètre imageur VHRR comportant trois canaux (visible et infrarouge) mais également des répéteurs car il a également un rôle de satellite de télécommunications. Quatre satellites de ce type sont lancés^,.

La deuxième génération, INSAT-2, dont le premier exemplaire est lancé en 1992, utilise une plateforme indienne mais emporte toujours l'instrument américain VHRR. Avec INSAT-3D placé en orbite en 2013, l'Inde lance un satellite entièrement destiné à la météorologie. Celui-ci emporte un radiomètre imageur à 6 canaux et un sondeur à 19 canaux. La dernière génération de satellites météorologiques comprend les satellites INSAT 3DR et 3DS lancés respectivement en 2016 et 2024 aux caractéristiques similaires à INSAT-3D.

Satellites à défilement chinois Feng-Yun 1 et 3 (1988-)

La série Feng-Yun 1 constitue la première génération des satellites météorologiques chinois. La Chine choisit, contrairement à l'Europe, de développer d'abord des satellites circulant en orbite héliosynchrone. Leur conception débute en 1977 et le premier satellite de la série est lancé en 1988 mais il est perdu 40 jours plus tard à la suite d'un mauvais fonctionnement du système de contrôle d'attitude. Le deuxième satellite est lancé en 1990. Deux sous-séries sont produites comprenant chacune deux exemplaires dont la masse est comprise entre 750 et 900 kg. Ils sont stabilisés sur trois axes. L'un passe à 3 h 30 de l'après-midi, le second à 7 h 50 du matin. Ils emportent un unique instrument MVISR (Multichannel Visible and IR Scanning Radiometer) à cinq canaux qui se répartissent entre l'infrarouge thermique, (nuages et température des océans), le proche infrarouge et la lumière visible. La fauchée est de 2 860 km.

Le développement de la série Feng-Yun 3, qui succède aux Feng-Yun 1, commence en 1999. Elle comprend deux satellites expérimentaux (le premier est lancé en 2008) suivi à partir de 2013 de satellites opérationnels. La Chine maintient deux satellites l'un circulant sur une orbite du matin (10 h heure locale) l'autre sur une orbite de l'après-midi (14 h). Les Feng-Yun 3 ont une masse de 2 450 kg. Ils emportent un sondeur atmosphérique infrarouge, deux sondeurs micro-ondes, un radiomètre visible/infrarouge, deux instruments mesurant la couche d'ozone et trois instruments mesurant les rayonnements.

Satellites géostationnaires russes Elektro (1994-)

L'orbite géostationnaire présente peu d'intérêt pour le territoire russe mais en 1975 les dirigeants de l'Union soviétique annoncent qu'ils participeront au programme mondial de recueil et d'échange de données météorologiques en positionnant un satellite météorologique sur cette orbite. Le développement de ce satellite, baptisé GOMS-1 puis par la suite Elektro-1, prend beaucoup plus de temps que planifié en partie à la suite de la crise économique qui secoue le pays après l'éclatement de l'Union soviétique. Finalement le satellite est placé en orbite en 1994. Il fonctionne jusqu'en 2000^,. S'ensuit 10 années durant lesquelles la Russie ne dispose d'aucun satellite opérationnel. Il faut attendre 2011 pour que le premier exemplaire de la série des Elektro-L soit lancé.

Satellites européens à défilement MetOp (2006-)

Au début des années 1990, l'Europe décide d'apporter sa contribution à la collecte des données météorologiques depuis l'orbite polaire jusqu'à présent entièrement pris en charge par les États-Unis (NASA et NOAA). La projet de développement de ces satellites, baptisés MetOp, est approuvé en 1992 et la construction de trois satellites débute en 1998. Ces gros engins de plus de 4 tonnes embarquent onze instruments de mesure dont un sondeur infrarouge hyperspectral IASI fourni par la France novateur par ses performances. Un accord est passé avec les États-Unis pour assurer une couverture complémentaire des besoins météorologiques mondiaux. Il prévoit de maintenir des satellites météorologiques polaires dans trois plans orbitaux. Deux de ces plans orbitaux seront occupés par des satellites américains qui effectueront des survols respectivement le matin et l'après midi (heure locale) tandis que les satellites européens effectueront les survols à mi-matinée (9 h 30 heure locale). Le premier satellite MetOp entre en service en 2006.

Une deuxième génération MetOp-SG aux caractéristiques améliorées est développée à compter de 2012. EUMETSAT a décidé de maintenir en orbite cette fois deux satellites opérationnels emportant des instruments couvrant des besoins complémentaires. Le premier satellite de cette série est lancé en 2025.

Satellites russes Arktika en orbite de Molnia (2021-)

Le gouvernement russe lance en 2010 le développement d'une nouvelle famille de satellites d'observation de la Terre présentant la spécificité de circuler sur une orbite de Molnia. Celle-ci est bien mieux adaptée à l'observation continue de la Russie que l'orbite géostationnaire du fait de la latitude élevée du territoire. Plusieurs catégories de satellites sont envisagées, dont une sous-série baptisée Arktika-M destinée à la météorologie. Seule cette dernière est développée dans la première moitié de la décennie 2020. Le premier satellite Arktika est lancé en 2021^,.

Contributions des autres nations spatiales

Satellites météorologiques de la Corée du Sud (2010-)

La Corée du sud devient un des acteurs de la météorologie spatiale avec le lancement en 2010 du satellite COMS. Cet engin expérimental de 2,4 tonnes développé en coopération avec EADS Astrium remplit en fait trois missions : c'est à la fois un satellite de télécommunications, un satellite océanographique et un satellite météorologique. Cette dernière mission est remplie via l'imageur multispectral MI comportant cinq canaux allant de la lumière visible à l'infrarouge thermique (0,55-12,5 µm). Le satellite qui est positionné sur la longitude 128,2°, est retiré du service en avril 2021.

Dès 2010 l'administration météorologique coréenne décide de développer son remplaçant qui doit collecter des données à la fois pour couvrir des besoins météorologiques, mesurer la pollution, imager la surface des océans (couleur de l'océan) et constituer un observatoire de la météorologie de l'espace. Deux satellites de la série GEO-KOMPSAT-2 emportant des instruments différents sont construits et lancés respectivement en 2018 et 2020.

Satellites géostationnaires

Corée du Sud

En 2025 la Corée du sud dispose de deux satellites de la série GEO-KOMPSAT-2 emportant des instruments différents qui ont été construits et lancés respectivement en 2018 et 2020. D'une masse comprise entre 3 200 et 3 500 kg ils emportent chacun deux instruments. L'instrument destiné à la météorologie est un imageur allant du visible à l'infrarouge thermique (AMI) qui n'est embarqué que sur un seul des deux satellites. Ils sont positionnés à la longitude 128,2° Est.

Satellites météorologiques géostationnaires actifs (maj decembre 2025)

Satellite	Type	Lancement	Agence	Longitude	Masse	Caractéristiques	Remarques
Electro-L N2	Electro-L	2015	RosHydroMet	14,5 ° O	3 000 kg
Electro-L N3	Electro-L	2019	RosHydroMet	76 ° E	3 000 kg
Electro-L N4	Electro-L	2023	RosHydroMet	165,8 ° E	3 000 kg
WS-G2	GOES	1998	DOD, NOAA, USAF	61,5 E °	3 210 kg		Ex GOES-15 transféré à l'armée
FY-2G	Feng-Yun 2	2014	CMA	99,2° E	1 380 kg
FY-2H	Feng-Yun 2	2018	CMA	79° E°	1 380 kg		Accès limité
FY-4A	Feng-Yun 4	2016	CMA	123,5° E	5 300 kg
FY-4B	Feng-Yun 4	2021	CMA	105° E	5 400 kg
GEO-KOMPSAT-2A	GEO-KOMPSAT	2018	KMA	128,2° E	2 850 kg
GEO-KOMPSAT-2B	GEO-KOMPSAT	2020	KMA	128,2° E	3 400 kg
GOES-18	GOES	2022	NOAA, NASA	137° O	5 500 kg		Satellite GOES ouest opérationnel depuis 1/2023
GOES-19	GOES	2024	NOAA, NASA	75,2° O	5 500 kg		Satellite GOES est opérationnel depuis 4/2025
Himawari-9	Himawari	2016	JMA	140,7° E	3 500 kg
INSAT-3DR	INSAT	2016	IMD	74°	2 060 kg
INSAT-3DS	INSAT	2024	IMD	82°	2 060 kg
Meteosat-10	MSG	2012	EUMETSAT	0,0°	2 040 kg		Satellite opérationnel en tandem avec Météosat-12
Meteosat-11	MSG	2015	EUMETSAT	9,5° E	2 040 kg		Satellite placé en réserve
Meteosat-9	MSG	2005	EUMETSAT	45,5° E	2 040 kg
Meteosat-12	MTG	2022	EUMETSAT	0,3° O	3 600 kg		Satellite opérationnel en tandem avec Météosat-10

Satellites à défilement

États-Unis

Les États-Unis maintiennent un satellite à défilement de la série JPSS/Suomi qui effectue ses survols en début d'après-midi. Les satellites JPSS doivent être progressivement remplacés au cours de la décennie 2030 par des satellites plus petits n'emportant chacun qu'un seul instrument développés dans le cadre du programme Near Earth Orbit Network (NEON). Celui comprend également le développement d'une nouvelle génération d'instruments. Le successeur du radiomètre micro-ondes ATMS sera développé en priorité. Un prototype de cette nouvelle famille de satellites météorologiques, baptisé QuickSounder, doit être lancé en 2026.

L'armée américaine avait ses propres satellites météorologiques (programme Defense Meteorological Satellite Program ou DMSP). Ces derniers ont une résolution de quelques centaines de mètres (grosseur d’un navire) et une sensibilité lumineuse qui permet de voir dans le visible même la nuit. Après avoir tenté de fusionner durant la décennie 2000 les programmes météorologiques civils et militaires (programme NPOESS), l'armée de l'Air a décidé de remplacer les DMSP par deux familles de satellites. La série des Weather System Follow-on Microwave (WSF-M) qui emporte un scanner passif micro-ondes chargé de mesurer les vents de surface et celle des Electro-Optical Infrared Weather System (EWS) qui doivent fournir des images en lumière visible et infrarouge. Le premier satellite WSF-M est placé en orbite en 2024.

Chine

La Chine maintient trois satellites de la série Feng-Yun 3 qui effectue des survols à trois heures différentes (matin, milieu de matinée, après-midi).

Satellites météorologiques à défilement actifs (maj decembre 2025)

Satellite	Type	Lancement	Agence	Altitude	Heure passage	Masse	Caractéristiques	Remarques
Arktika-M1	Arktika-M	2021	RosHydroMet Roscosmos	40 000 x 1 000 km	Orbite de Molnia	2 000 kg	Radiomètre MGU-GS/A	inclinaison orbitale 63,4°
DMSP-F17	DMSP	2006	DOD NOAA	848 km	6 h 35 desc	9 999 kg
DMSP-F18	DMSP	2009	DOD NOAA	850 km	4 h 30 desc	9 999 kg
FY-3D	Feng-Yun 3	2017	CMA NRSCC	836 km	13 h 45 mont.	2 450 kg
FY-3E	Feng-Yun 3	2021	CMA NRSCC	836 km	5 h 40 desc	2 450 kg
FY-3F	Feng-Yun 3	2023	CMA NRSCC	836 km	10 h 15 desc	2 450 kg
FY-3H	Feng-Yun 3	2025	CMA NRSCC	836 km	14 h asc	2 450 kg
Meteor-M N2-3	Meteor-3M	2023	RosHydroMet Roscosmos	820 km	9 h 30 asc	2 750 kg
Meteor-M N2-4	Meteor-3M	2024	RosHydroMet Roscosmos	820 km	15 h asc	2 750 kg
MetOp-B	MetOp	2012	EUMETSAT ESA	830 km	9 h 31 desc	4 083 kg
MetOp-C	MetOp	2018	EUMETSAT ESA	827 km	9 h 31 desc	4 083 kg
MetOp-SG-A1	MetOp-SG	2025	EUMETSAT ESA	835 km	9 h desc	4 040 kg
NOAA-20	JPSS	2017	NOAA NASA	824 km	13 h 25 mont	2 540 kg
NOAA-21	JPSS	2022	NOAA NASA	824 km	13 h 25 mont	2 540 kg
Suomi NPP	SNPP/JPSS	2011	NOAA NASA	824 km	13 h 25 mont	2 200 kg
WSF-M1	WSF-M	2024	DOD	854 km	6 h desc	1 200 kg

Notes

Références

Bibliographie

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

Concepts

• (en) R.R. Kelkar, Satellite Publication, BS Publication, 2017 (ISBN 978-93-8621-174-3) — Concepts, Phénomènes météorologiques, Types de données mesurées, instruments et satellites, modélisations, évolutions. .
• Didier Renaut, « Les satellites météorologiques », La Météorologie, n^o 45,‎ mai 2004, p. 33-37 (DOI 10.4267/2042/36042, lire en ligne). 
• F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, L'espace nouveau territoire : Atlas des satellites et des politiques spatiales, Belin, 2002, 383 p. (ISBN 2-7011-3194-4), p. 219. 

Prévision du temps et satellite météorologique

• Jean-François Mahfouf, Jean-Marc Moisselin, Frédéric Autonès et Jérôme Vidot, « Apport de l'observation satellitaire pour la prévision du temps », La Météorologie, n^o 97,‎ mai 2017, p. 27-33 (DOI 10.4267/2042/62164, lire en ligne). 
• (en) Johannes Schmetz et W. Paul Menzel, « A Look at the Evolution of Meteorological Satellites: Advancing Capabilities and Meeting User Requirements », American Meteorological Society, vol. 7,‎ 1^er juillet 2015, p. 309-320 (DOI 10.1175/WCAS-D-15-0017.1, lire en ligne [PDF]). 
  Evolution du rôle des données satellitaires dans les systèmes de prévisions météorologiques.

Histoire

• (en) NASA, Meteorological Satellites - Past, Present, and Future, NOAA, 1982, 69 p. (lire en ligne [PDF]) — Historique du programme de satellites météorologiques américains des débuts à 1982.
• (en) John H. Ashby, A preliminary history of the evolution of the TIROS weather satellite program, 1964, 109 p. (lire en ligne).  — Histoire des huit premiers satellites Tiros.
• (en) Stoldt, N. W. et Havanac, P. J., Compendium of Meteorological Satellites and instrumentation (1973), NOAA, 1973, 479 p. (lire en ligne [PDF]) — Synthèse sur les programmes spatiaux météorologiques dans le monde en 1973.
• (en) Leland L. Dubach et Carolyn Ng, Compendium of Meteorological Space Programs, Satellites, and Experiments (1988), NOAA, 1988, 285 p. (lire en ligne [PDF]) — Synthèse sur les programmes spatiaux météorologiques dans le monde en 1988.

Glossaires

• Didier Renaut, « Glossaire des instruments spatiaux », La Météorologie, vol. 97,‎ 2017, p. 106-110 (DOI 10.4267/2042/62174, lire en ligne). .
• Philippe Dubuisson, « Glossaire des grandeurs radiatives », La Météorologie, vol. 97,‎ 2017, p. 102-105 (DOI 10.4267/2042/62173, lire en ligne).
• Michel Capderou, « Les orbites des satellites météorologiques », La Météorologie, vol. 97,‎ 2017, p. 94-101 (DOI 10.4267/2042/62172, lire en ligne). .
• Cledat E., Hangouët J.F., Le Bris A., Poupée M., Gressin A., Cannelle B., Daniel S., arouche C.L., Simonetto E. et Seguin M., « Lexique de la photogrammétrie », Revue française de photogrammétrie et de télédétection, Société française de photogrammétrie et de télédétection, vol. 227, n^o 1,‎ 2025, p. 1-50 (DOI 10.52638/rfpt.2024.727, lire en ligne).

Articles connexes

• Groupe de coordination pour les satellites météorologiques
• NOAA, NASA EUMETSAT, Agence spatiale européenne : Organisations impliquées
• Prévision numérique du temps
• Satellite artificiel, Satellite d'observation de la Terre
  • TIROS, Nimbus, METEOSAT : satellites pionniers
  • MSG, MTG, MetOp, MetOp-SG : Satellites météorologiques européens
• Tropical Rainfall Measuring Mission
• Verner E. Suomi

Liens externes

• Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes :

  • Britannica
  • Encyclopédie de l'Ukraine moderne
  • Store norske leksikon
• Notices d'autorité :

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  • Israël
  • Tchéquie
• « Les satellites météorologiques », sur Météo-France
• (en) Excellent site pour l'interprétation des photos satellitaires par EUMETSAT, DHMZ, FMI, KNMI et ZAMG
• (en) Caractéristiques des satellites géostationnaires et circumpolaires
• (en) Images satellitaires en temps réel par SSEC
• (en) Interprète les images satellitaires par Suomi Virtual Museum
• (en) Biographie du D^r Verner E. Suomi (« le père du satellite météorologique »)
• (en) « User's Guide for Building and Operating Environmental Satellite Receiving Stations » [PDF], sur noaa.gov

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