Satellite météorologique

Satellite météorologique à défilement européen MetOp-C (2017).

Instrument FCI (radiomètre imageur) du satellite météorologique géostationnaire européen MTG (2018).

Un satellite météorologique est un satellite artificiel qui a comme mission principale le recueil de données utilisées pour les prévisions météorologiques et de manière indirecte l'étude du climat de la Terre. Ces engins emportent différents instruments qui mesurent différents paramètres physiques et chimiques caractérisant l'atmosphère : température, taux d'humidité, composition des nuages, aérosols, rayonnement solaire incident et réfléchi, vent de surface, , etc.. Les données recueillies permettent de prévoir l'évolution du temps à plus ou moins long terme.

Il existe deux catégories de satellites météorologiques aux objectifs complémentaires. D'une part les satellites géostationnaires qui du fait de leur orbite restent au-dessus d'un point fixe de la Terre au niveau de l'équateur à une altitude de 36 000 kilomètres ce qui leur permet d'observer une grande partie de l'hémisphère qui leur fait face. D'autre part les satellites circulant sur une orbite polaire héliosynchrone (satellites à défilement) qui, du fait de leur altitude généralement comprise entre 600 et 800 km, permettent d'effectuer des observations caractérisées par une résolution spatiale beaucoup plus élevée mais qui ne survolent que brièvement chaque région. Chaque nouvelle génération de satellite dispose de senseurs passifs ou actifs plus performants (résolution spatiale, spectrale et radiométrique) ou capables d'effectuer des mesures sur un plus grand nombre de canaux ce qui permet de les utiliser pour différencier les divers phénomènes météorologiques : nuages, précipitations, vents, brouillard, etc. et d'obtenir une représentation dans les trois dimensions.

Les satellites météorologiques, dont le rôle principal était initialement de compléter le réseau de stations météorologiques au sol dans les régions non couvertes (océans, régions inhabitées ou faiblement peuplées, plus généralement hémisphère sud), fournissent de nos jours des données qui jouent un rôle essentiel pour la prévision météorologique. Les satellites météorologiques ont contribué à fiabiliser celle-ci et à allonger la portée temporelle des prévisions. Par ailleurs les mesures effectuées, caractérisées par une couverture à l'échelle du globe et une continuité s'étendant sur plusieurs décennies, permettent d'affiner la modélisation du climat de la Terre.

Le premier satellite météorologique opérationnel est TIROS-1 développé par les États-Unis et lancé dans l'espace le 1^er avril 1960. En 2025 les principales puissances spatiales mettent en oeuvre des satellites météorologiques : les États-Unis (NOAA et NASA), l'Europe (Agence spatiale européenne (ESA) et EUMETSAT), l'Inde, la Chine, la Russie et le Japon. Tous ces satellites fournissent une couverture globale de l'atmosphère. Des programmes de coopération internationale ont été mis en place très tôt pour optimiser les observations (attributions de positions en longitude complémentaires au niveau de l'orbite géostationnaire) et faciliter les échanges des données recueillies entre les pays disposant de moyens d'observation.

Définition

Un satellite météorologique est une catégorie de satellite artificiel qui se définit par l'usage des données qu'il collecte à savoir la prévision météorologique et de manière indirecte le suivi et la modélisation du climat de la Terre. Pour remplir ses objectifs il dispose d'instruments de télédétection qui lui permettent de collecter les caractéristiques de l'atmosphère terrestre et de la surface de la Terre qui jouent un rôle direct dans les phénomènes météorologiques et leur évolution : température de l'atmosphère et de la surface, taux d'humidité, rayonnement solaire incident et réfléchi, direction et vitesse des vents, type et composition des nuages, aérosols, composition chimique de l'atmosphère. Les satellites météorologiques font partie de la vaste famille des satellites d'application qui se définit par le fait qu'ils collectent des données à usage opérationnel. Au sein de cette catégorie ils font partie de la sous-famille des satellites d'observation de la Terre qui comprennent par exemple également les satellites qui cartographient la topographie de la surface, le champ magnétique ou le champ de gravité de la Terre. Les satellites météorologiques utilisent des instruments qui analysent et quantifient le rayonnement électromagnétique (de l'ultraviolet aux micro-ondes en passant par la lumière visible et l'infrarouge) émis ou réfléchi par l'atmosphère terrestre et la surface. Ces instruments peuvent être passifs ou actifs (radar). Dans ce dernier cas ils analysent la réflexion du rayonnement émis par l'instrument. Depuis les débuts de l'ère spatiale, les performances des satellites météorologiques se sont sensiblement accrues grâce notamment à l'augmentation de la résolution spatiale (dans les trois dimensions), de la résolution spectrale et l'extension du spectre observé par les instruments.

Satellites géostationnaire et polaire

Il existe deux types de satellites météorologiques : les satellites géostationnaires et circumpolaires.

Satellite en orbite géostationnaire

Régions couvertes (en grisé) par les deux satellites géostationnaires GOES que l'agence américaine NOAA maintient en orbite au-dessus des États-Unis (GOES-West à la longitude 135 Ouest et GOES-East à la longitude 75 Ouest.

La Terre photographiée par un satellite météorologique géostationnaire GOES (source : NOAA).

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.

La circulation sur une orbite géostationnaire présente un désavantage majeur par rapport à l'orbite des satellites polaires : la résolution spatiale, du fait de la distance 50 fois plus importante, est au mieux de l'ordre du kilomètre. Les satellites géostationnaires ont une résolution maximale à leur sous-point (à leur nadir), le point de l'équateur à la verticale duquel ils sont situés. Cette résolution 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, ils deviennent presque inutilisables.

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, données qu’on injectera 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 (~720 – 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, c’est-à-dire que leur axe de rotation est maintenu perpendiculaire à l’axe entre le Soleil et la Terre 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 heures du matin et du soir).

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 2000 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. 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.

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.

Instrumentation

Les satellites météorologiques emportent plusieurs types d'instruments :

Radiomètre imageur

Le radiomètre-imageur ou imageur produit des images qui sont réalisées dans différentes longueur d'ondes en lumière visible 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. 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 radiomètre micro-onde est un instrument de télédétection passif. Il mesure l'énergie émise à des longueurs d'onde allant du sub-millimétrique au centimétrique (de 1 à 1000 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'ondes 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 mesurant le facteur de rétrodiffusion d'une onde électromagnétique. Il est utilisé pour mesurer la hauteur des vagues ou la force des vents de surface. Les mesures de rétro-diffusion prétraitées et normées sont souvent appelées sigma-zéro ($\sigma _{0}$).

• Principe de fonctionnement du diffusomètre et de l'occultation radio
• 
  Principe de fonctionnement d'un diffusomètre.
• 
  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 pour analyser les déformations du signal émis par un émetteur (satellite GPS) qui du fait de la position relative des deux satellites a du 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 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.

Utilisation des données recueillies

Impact relatif de la perte des sources de données sur la qualité des prévisions du modèle Arpège (2023)

Source	Dégradation des prévisions
	à 24 h.	à 48 h.	à 76 h.	à 92 h.
Données in situ	30%	14%	10%	8%
Données satellitaires
Sondeur micro-onde	22%	9%	7%	5%
Sondeur infrarouge	17%	6%	3%	2%
Imagerie	15%	3%	2%	2%
Diffusomètre	6%	2%	2%	2,5%
Radio-occultation	5%	2%	1,5%	1%

Les deux principales applications des données fournies par les satellites météorologiques sont la météorologie et la climatologie.

Prévision météorologique

En ce qui concerne la météorologie, les données produites 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 dans l'alimentation des modèles de prévision numérique du temps. Si les données recueillies par les moyens in situ (stations de surface, radiosondages, données avions) jouent encore un rôle majeur pour ces modèles, les données satellitaires sont devenues essentielles. Ainsi dans le cas du modèle 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 24h de 30% mais la perte des sondeurs micro-onde, infrarouge, de l'imagerie satellitaire, des diffusomètres et des instruments de radio-occultation entraient une dégradation de la qualité des prévisions respectivement de 22%, 17%, 15%, 6% et 5% (chiffres de 2023). Lorsque 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 encore plus 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 nuturelles d'origine météorologique ont coûté la vie à 80 000 personneset occasionnés des pertes économiques de 120 milliards euros).

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.

Autre utilisation

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

Évolution technique et organisationnelle depuis les débuts de la météorologie spatiale

Évolutions futures

On peut distinguer trois évolutions futures dans la conception et la mise en oeuvre des satellites météorologiques :

• Le recours aux constellations de satellites soit pour répartir les instruments complémentaires sur plusieurs satellites coordonnés permettant de limiter le risque en cas d'échec au lancement (A-Train) ou de disposer d'une résolution temporelle plus élevée en multipliant les satellites portant les mêmes instruments mais positionnés sur des orbites complémentaires.
• La miniaturisation des instruments et donc des satellites, en particulier dans le domaine des sondeurs micro-onde, comme l'a démontré le CubeSat RainCube qui embarquait un radar. Cette évolution permet de réduire drastiquement les coûts et favorise le déploiement de constellations de satellites.
• Le rôle croissant du secteur privé. Ainsi la société GHGSat a lancé une constellation de satellites destinée à détecter les fuites de méthane depuis les installations pétrolières et gazières. Les grandes agences spatiales publiques en viennent elles-mêmes à acquérir des données météorologiques auprès de sociétés privées. C'est le cas par exemple de l'US Air Force qui a passé contrat avec la société Tomorrow.io pour acquérir des données sur les précipitations fournies par une future constellation de 32 mini-satellites (85 kg) équipées de radars ou de EUMETSAT qui a passé contrat avec la société SPIRE pour acquérir des données d'occultation radio produites par sa constellation d'une centaine de nanosatellites.

Historique

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 dédié 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

Les principaux équipements et instruments des premiers satellites TIROS : au premier plan les deux caméras entourant l'enregistreur à bande magnétique.

Mise au point d'un objectif avant son installation sur une caméra d'un satellite TIROS.

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 (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.

La série expérimentale des TIROS (1960-1965)

La première image transmise par TIROS-1.

Dix satellites 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'exclue 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.

Les 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 oeuvre 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 [[Stabilisé sur trois axes|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.

Un système opérationnel : la 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 3 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 micromètre, 10,3-11,3 micromètres et 11,5-12,5 micromètres. Le premier exemplaire de la série est placé en orbite en octobre 1978.

Les premiers satellites américains géostationnaires : la série des SMS (1975-1987)

La première génération de satellites météorologiques géostationnaires américains est placée en orbite à compter de 1975. Les sept satellites 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 km en lumière visible et 6,9 kilomètres dans l'infrarouge.

Les satellites européens géostationnaires Météosat (1977-)

Satellite Météosat de première génération.

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, 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. Une deuxième génération de satellites, MSG, aux performances accrues est déployée entre 2002 et 2015.

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 GARP. Ils ont également des capteurs pour suivre les particules solaires.

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 3 axes. L'un passe à 3h30 de l'après-midi, le second à 7h50 du matin. Ils emportent un unique instrument MVISR (Multichannel Visible and IR Scanning Radiometer) à 5 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 (10h 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.

Les 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 Etats-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 IASI fourni par la France. Un accord est passé avec les Etats-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 (9h30 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.

Contributions des autres nations spatiales

Les 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 5 canaux allant de la lumière visible à l'infrarouge thermique (0,55 µm-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. D'une masse comprise entre 3200 et 3500 kg ils emportent chacun deux instruments. L'instrument dédié 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.

Orbites de l'ensemble des satellites impliqués dans la météorologie : satellites météorologiques géostationnaires et à défilement proprement dits mais également satellites d'observation de la Terre fournissant des données comme la constellation européenne Sentinel et les satellites dédiés à la météorologie de l'espace (situation en 2016).

Programmes de satellite météorologique nationaux

Satellites géostationnaires

États-Unis

Début 2025 la NOAA dispose en permanence de deux satellites opérationnels de la série GOES-R en orbite géostationnaire qui occupent deux des cinq positions définies en 1961 par l'Organisation météorologique mondiale pour assurer la Veille météorologique mondiale (ces positions comprennent également la longitude 0° occupée par un des satellites européens de l'organisation EUMETSAT, la longitude 140° occupée par un satellite japonais Himawari et la longitude 75° occupée par un satellite indien INSAT) : GOES-Est est situé à la longitude 75°Ouest (au-dessus du continent américain) et fournit les principales informations météorologiques concernant les États-Unis. GOES-Ouest est positionné au-dessus de l'océan Pacifique à la longitude 135°Ouest. La couverture globale assurée par ces deux satellites s'étend de la longitude 20° Ouest à la longitude 165°Est L'agence américaine dispose également d'un satellite de réserve prêt à remplacer un des deux satellites opérationnels en cas de défaillance. Celui-ci positionné à la longitude 105° Ouest.

Le dernier satellite de la sous-série GOES-R a été placé en orbite en 2024. Ils doivent être remplacés par les satellites GeoXO. Le déploiement en orbite des GeoXO doit débuter en 2032 et ils doivent rester opérationnels jusqu'en 2055. La constellation GeoXO comprendra trois satellites positionnés au-dessus des Etats-Unis (nouvelle position) ainsi qu'à l'est et à l'ouest du pays (positions occupées par les satellites GOES). Les instruments emportés par chaque satellite dépendront de la position occupée en orbite. Les instruments développés pour la constellation sont :

• GeoXO Imager (GXI) une caméra effectuant des images dans 18 bandes spectrales en lumière visible et proche infrarouge soit deux canaux supplémentaires (0,91 et 5,15 microns) par rapport à l'instrument ABI emporté par les satellites GOES-R. La résolution spatiale dans la bande spectrale 3,9 microns passe de 2 kilomètres à 1 kilomètre.
• GeoXO Ocean Color Instrument (OCX) est un radiomètre hyperspectral dont les observations s'étendent de l'ultraviolet au proche infrarouge avec une résolution spatiale de 390 mètres. Il s'agit d'un instrument embarqué pour la première fois sur une orbite géostationnaire qui doit permettre d'obtenir des données une fois toutes les trois heures au lieu d'une fois par jour sur les satellites circulant en orbite basse (instrument VIIRS des satellites JPSS et satellite PACE. Sa résolution spectrale est également supérieure.
• GeoXI Sounder (GXS) est un sondeur infrarouge hyperspectral qui doit fournir des images en temps réel de la distribution vertical de l'humidité atmosphérique, des vents et de la température. Les sondeurs atmosphériques dont dispose actuellement la NOAA sont embarqués sur des satellites circulant en orbite basse et ne fournissent des informations sur une région donnée qu'une fois par jour et ne comportent que 18 bandes spectrales. GXS permettra d'obtenir des informations toutes les 30 minutes dans 1550 bandes spectrales.
• GeoXO Lightning Mapper (LMX) est un détecteur optique mono canal qui doit détecter, localiser et mesurer l'intensité, la durée et l'étendu des éclairs. La résolution spatiale de LMX est supérieure à celle de l'instrument GLM des satellites GOES-R.
• GeoXO ACX (ACX) est un spectromètre hyperspectral effectuant ses observations en lumière visible dans l'ultraviolet. Il s'agit d'un nouvel instrument qui fournira toutes les heures une cartographie des polluants émis dans l'atmosphère par les centrales thermiques, l'industrie, les installations d'extraction du gaz et du pétrole, les volcans, les incendies ainsi que les polluants secondaires générés par ces émissions une fois celles-ci libérées dans l'atmosphère.

Union soviétique / Russie

Russie maintient au moins un satellite de la famille Electro-L au-dessus du territoire de la Russie (76º Est). D'autres satellites météorologiques géostationnaires, dans un état plus ou moins opérationnel, sont maintenus sur des longitudes permettant la couverture du très large territoire de la Russie.

Europe

L'agence spatiale météorologique Eumetsat, maintient avec le soutien de l'Agence spatiale européenne un satellite de la série des Meteosat au niveau de la longitude 0° qui assure une couverture de l'Océan Atlantique et de l'Europe occidentale. L'agence dispose également d'un satellite au-dessus de l'Océan Indien. Le premier exemplaire de la troisième génération MTG , qui est lancé fin 2022, introduit de nouvelles innovations : stabilisation sur 3 axes, emport d'un sondeur atmosphérique infrarouge.

Japon

Le Japon maintient un satellite géostionnaire de la famille des Himiwari positionné sur la longitude 140,7° Est depuis 1977. L'instrument principal AHI, de fabrication américaine, effectue ses observations dans 16 bandes spectrales (du visible à l'infrarouge thermique) avec une résolution spatiale comprise entre 0,5 et 2 km, et une résolution temporelle de 10 minutes.

Chine

La série Feng-Yun 2 constitue la première génération des satellites météorologiques chinois placés en orbite géostationnaire. La série comprend deux satellites expérimentaux lancés respectivement en 1997 et 2000 suivis d'une série de 6 satellites opérationnels dont le dernier est lancé en 2018. Il s'agit d'un satellite spinné (à 100 tours par minute pour les exemplaires expérimentaux) de forme cylindrique de 2,1 mètres de diamètre pour 1,6 mètre de haut. La masse du satellite au lancement est de 1 380 kg (FY-2C) et une fois en position de 600 kg (FY-2A). L'instrument principal fournit des images dans cinq canaux (trois canaux pour les premiers satellites) allant du visible à l'infrarouge thermique. La résolution spatiale est de 1,25 km pour le visible et de 5 km pour les autres canaux. Une image complète est obtenue toutes les 30 minutes. Les satellites sont positionnés au-dessus de la région Asie/Pacifique au niveau de la longitude 105°. Les satellites de secours sont stockés au niveau de la longitude 86,5° utilisée comme position de réserve.

La série Feng-Yun 4 constitue la deuxième génération des satellites météorologiques chinois positionnés sur une orbite géostationnaire. Le satellite d'une masse d'environ 5 300 kg est, contrairement à la génération précédente, stabilisé 3 axes. Il dispose de 4 suites d'instrument (sondeur infrarouge, imageur multispectral (14 canaux, imageur éclairs et détecteurs de particules) contre une seule pour la génération précédente. Le premier satellite de cette série est lancé le 10 décembre 2016

Inde

Le METSAT-1 /KALPANA-1 est ^positionné au niveau de la longitude à 74°E. Ll'Inde a lancé son premier satellite météorologique INSAT en 1983.

Corée du Sud

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 Etats-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.

Europe

L'agence spatiale météorologique Eumetsat

Pour assurer couverture plus fréquente des régions polaires, EUMETSAT envisage le développement d'une constellation de petits satellites EPS-Sterna équipés uniquement d'un sondeur micro-ondes. Un prototype, Arctic weather satellite, est lancé en 2024.

Union soviétique / Russie

De son côté, le gouvernement de l'Union soviétique ordonne le développement de satellites météorologiques, la série Meteor, à la demande des militaires qui souhaitaient disposer d'informations météorologiques pour l'ensemble de la planète par un décret passé le 30 octobre 1961. Le développement du nouveau satellite est pris en charge par l'OKB-586 de Dnipropetrovsk. Les modifications entrainent une augmentation de la masse du satellite dont le lancement doit désormais être assuré par le lanceur Tsiklon 3 en 1963.

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
DMSP-F17	DMSP	2006	DOD NOAA	848 km	6h35 desc	9 999 kg
DMSP-F18	DMSP	2009	DOD NOAA	850 km	4h30 desc	9 999 kg
FY-3D	Feng-Yun 3	2017	CMA NRSCC	836 km	13h45 mont.	2 450 kg
FY-3E	Feng-Yun 3	2021	CMA NRSCC	836 km	5h40 desc	2 450 kg
FY-3F	Feng-Yun 3	2023	CMA NRSCC	836 km	10h15 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	9h30 asc	2 750 kg
Meteor-M N2-4	Meteor-3M	2024	RosHydroMet Roscosmos	820 km	15h asc	2 750 kg
MetOp-B	MetOp	2012	EUMETSAT ESA	830 km	9h31 desc	4 083 kg
MetOp-C	MetOp	2018	EUMETSAT ESA	827 km	9h31 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	13h25 mont	2 540 kg
NOAA-21	JPSS	2022	NOAA NASA	824 km	13h25 mont	2 540 kg
Suomi NPP	SNPP/JPSS	2011	NOAA NASA	824 km	13h25 mont	2 200 kg
WSF-M1	WSF-M	2024	DOD	854 km	6h desc	1 200 kg

Notes et références

Bibliographie

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

• (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. .
• (en) NASA, Meteorological Satellites - Past, Present, and Future, NOAA, 1982, 69 p. (lire en ligne) — 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) Jhohannes Schmetz et W. Paul Menzel, « A Look at the Evolution of Meteorological Satellites: Advancing Capabilitiesand 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)
  Evolution sur 30 ans des techniques de télédétection utilisées par les satellites météorologiques.
• (en) Stoldt, N. W. et Havanac, P. J., Compendium of Meteorological Satellites and instrumentation (1973), NOAA, 1973, 479 p. (lire en ligne) — 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) — Synthèse sur les programmes spatiaux météorologiques dans le monde en 1988.
• (en) Société française de photogrammétrie et de télédétection et Carolyn Ng, Lexique de la photogrammétrie, NOAA, 1988, 285 p. (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)

Voir aussi

Articles connexes

• TIROS, Nimbus, METEOSAT Satellites pionniers
• NOAA, NASA EUMETSAT
• Satellite artificiel
• Groupe de coordination pour les satellites météorologiques
• Chronologie des satellites artificiels et sondes spatiales
• Tropical Rainfall Measuring Mission
• Verner E. Suomi

Liens externes

• « 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) [PDF] « User's Guide for Building and Operating Environmental Satellite Receiving Stations », sur noaa.gov