SATELLITES NOAA

Les satellites NOAA

Présentation :

Les satellites NOAA  (National Oceanic and Atmospheric Administration) sont des satellites météorologiques américains à orbite polaire observant la Terre depuis une altitude d'environ 850 km. Ils appartiennent au dispositif d'observation  mis en place par l'Organisation Météorologique Mondiale.

Leurs missions sont principalement orientées vers :
- l’observation des phénomènes météorologiques
- la cartographie de la structure thermique superficielle des océans
- l’agro-météorologie
- l’étude de l’évolution de l’environnement marin et côtier

 Le premier d'entre eux fut mis sur orbite en 1970, et depuis cette date, 18 satellites NOAA furent lancés. Au fil des ans, l'instrumentation embarquée a évolué du point de vue technologique et les performances offertes actuellement sont évidemment bien supérieures à celles du début de la filière.

Ci-dessus : satellite NOAA en orbite ; vue d'artiste (Copyright NOAA).


Caractéristiques orbitales :

Les satellites de la série NOAA évoluent à une altitude de l'ordre de 820 à 855 km sur une orbite inclinée de 99° par rapport au plan équatorial et sont donc héliosynchrones. Leur période est de 101à 102 minutes si bien qu'ils survolent l'équateur au moins 14 fois par jour en passage ascendant. Les satellites NOAA opérationnels sont déphasés : une même région est survolée 4 fois par jour à des intervalles d'environ 6 heures ; en matinée et en soirée par le satellite de numéro pair (actuellement, NOAA 18, lancé en mai 2005) ; de nuit et en début d'après-midi pour le satellite de numéro impair (actuellement NOAA 17, lancé le 24 juin 2002).

Systèmes embarqués :
Les satellites NOAA sont équipés de multiples capteurs dont le plus connu est le capteur-imageur AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer).
Il s'agit d'un radiomètre à balayage caractérisé par un champ d'observation très large.
On peut citer :
- l’AVHRR/2  dont la fauchée est de 2600km et la résolution de 0,5 km (visible) et de 1,0 km (IR)
- l’AVHRR/3 dont la fauchée est de 2940km et la résolution de 0,5 km (visible) et de 1,0 km (IR)
Ce radiomètre permet de cartographier la végétation et les formations nuageuses et de déterminer la température et l’humidité  dans l’atmosphère et sur la Terre. La résolution spatiale est de 1,1 km, au niveau de la surface de la Terre, à la verticale du satellite. Dans l’infrarouge thermique, la résolution est de 0,12°C.

 Les données NOAA :

Les satellites NOAA sont essentiellement connus par les nombreuses images de la Terre et de l'atmosphère qu'ils délivrent chaque jour. Les données acquises à bord de ces satellites sont transmises vers des stations de réception au sol, soit en mode APT (Automatic Picture Transmission, basse résolution), soit en mode HRPT (High Resolution Picture Transmission).
En France, le Centre de Météorologie Spatiale de Météo-France, situé à Lannion (22) a pour mission de recevoir, traiter, diffuser et archiver ces données.

Ci-dessus : extrait d'une scène NOAA-AVHRR. Cette image résulte d'une acquisition de données AVHRR réalisée par le Centre de Météorologie Spatiale de Météo-France. Il s'agit d'une composition colorée de plusieurs fichiers-images correspondant à différents domaines spectraux du capteur AVHRR et réalisée par le service SATMOS (Copyright Satmos/Météo-France)

SATELLITE KOMPSAT-2

Le satellite KOMPSAT-2

Ce satellite d'observation coréen KOMPSAT-2  d'une masse de l'orde de 800 kg fut développé en collaboration avec EADS Astrium. Kompsat-2 fut mis en orbite le 28 juillet 2006 par un lanceur Rokot, depuis la base russe de Plessetsk. Ce satellite a pour mission d'effectuer des prises de vue à très haute résolution, par exemple dans les zones urbaines.

Ci-dessus : vue du satellite kompsat-2 (Copyright Spotimage)

Caractéristiques orbitales :

Le satellite Kompsat-2 évolue à une altitude moyenne de 685 km, sur une orbite circulaire quasi polaire caractérisée par une inclinaison de 98° (condition d''héliosynchronisme).

Ces caractéristiques orbitales ont pour conséquence de permettre l'acquisition des images avec une couverture  complète entre les parallèles 82° nord et sud.

Pour en savoir plus sur l'orbite du satellite kompsat-2
Systèmes embarqués :

L'instrumentation embarquée est destinée à l'acquisition d'images à haute résolution.
Le radiiomètre permet ainsi d'offir des images couvrant un champ d'observation de 15 km * 15 km, avec une résolution spatiale de 1 m en mode panchromatique et de 4 m en mode multispectral.
L'acquisition peut s'effectuer simultanément en mode panchromatique et en mode multispectral.

mode

canal bande spectrale résolution spatiale fauchée
multispectral 1 0,45 - 0,52 mm (bleu) 4 m 15 km
2 0,52 - 0,60 mm (vert) 4 m 15 km
3 0,63 - 0,69 mm (rouge) 4 m 15 km
4 0,76 - 0,90 mm (proche infrarouge) 4 m 15 km
panchromatique 0 0,50 - 0,90 mm (vis et proche ir) 1 m 15 km
 Ci-dessus : caractéristiques principales du radiomètre équipant le satellite Kompsat-2.

Images Kompsat-2 :

Ci-contre : l'aéroport de Los Angeles vu par  le satellite Kompsat-2.  (Copyright Spotimage). Différents produits sont générés à partir des observations effectuées par le satellite kompsat-2.
Ces images à haute résolution sont très spectaculaires  en raison de leur apparence proche de celle des photographies aériennes.
En France, c'est la société SPOT-IMAGE qui en assure la distribution.

SATELLITE IKONOS

Le satellite IKONOS

Ce satellite d'observation américain d'une masse de l'orde de 700 kg fut fabriqué par Lockheed Martin. Après un premier lancement raté le 29 avril 1999 du premier satellite Ikonos 1, Ikonos 2 fut mis en orbite le 24 septembre 1999. Ce satellite a pour mission d'effectuer des prises de vue à très haute résolution, par exemple dans les zones urbaines.

Ci-dessus : vue d'artiste du satellite Ikonos (Copyright Satimagingcorp) Caractéristiques orbitales :

Le satellite Ikonos 2 évolue à une altitude moyenne de 681 km, sur une orbite circulaire quasi polaire caractérisée par une inclinaison de 98,1° (condition d''héliosynchronisme).
La période de révolution est de 98 min.

Ces caractéristiques orbitales ont pour conséquence de permettre l'acquisition des images avec une couverture  complète entre les parallèles 81° nord et sud.

Pour en savoir plus sur l'orbite du satellite ikonos
Systèmes embarqués :

L'instrumentation embarquée est destinée à l'acquisition d'images à haute résolution.
Le radiiomètre permet ainsi d'offir des images couvrant un champ d'observation de 11 km * 11 km, avec une résolution spatiale de 1 m en mode panchromatique et de 4 m en mode multispectral (*). Toutefois, du fait de la faible largeur de la fauchée, un point particulier de la surface terrestre n'est survolé que tous les 35 jours, mais la possibilité de dépointage du capteur permet de ramener ce délai à 3 jours si besoin est.
(*) En fait, au point sous-satellite, la résolution est de 0,82 m en mode panchromatique et de 3,2 m en mode multispectral.

mode

canal bande spectrale résolution spatiale fauchée
multispectral 1 0,45 - 0,53 mm (bleu) 4 m 11 km
2 0,52 - 0,61 mm (vert) 4 m 11 km
3 0,64 - 0,72 mm (rouge) 4 m 11 km
4 0,77 - 0,88 mm (proche infrarouge) 4 m 11 km
panchromatique 0 0,45 - 0,90 mm (vis et proche ir) 1 m 11 km
 Ci-dessus : caractéristiques principales du radiomètre équipant le satellite Ikonos 2.

Images Ikonos :
Différents produits sont générés à partir des observations effectuées par le satellite Ikonos.
Les images Ikonos à haute résolution les plus spectaculaires ont été largement médiatisées ces dernières années en raison de leur apparence proche de celle des photographies aériennes.

Ci-contre : l'aéroport de Francfort vu par Ikonos. Cette image présente l'apparence de couleurs dites "naturelles", mais résulte en fait de la combinaison informatique de données issues de différents fichiers de mesures (Copyright Spaceimaging).


Quelques exemples d'images Ikonos

SATELLITE LANDSAT

Les satellites LANDSAT

      Le programme  d'observation de la surface terrestre "Landsat" est le plus ancien des Etats Unis. Sept satellites Landsat ont été lancés depuis juillet 1972. Le dernier d'entre eux, Landsat 7,  marque une nouvelle orientation dans le programme, afin de réduire le coût des données et d'augmenter la couverture globale de la Terre, ceci dans la perspective de recherches concernant le changement global ("Global Change").

Ci-dessus : vue d'artiste d'un satellite Landsat (Copyright USGS). Caractéristiques orbitales :

Les satellites Landsat 4, 5 et 7 évoluent à une altitude moyenne de 705 km, sur des orbites circulaires quasi polaires aractérisées par une inclinaison de 98,2° (ce qui permet l'héliosynchronisme). Un tour de la Terre leur prend 98,9 min, si bien qu'ils décrivent 14,5 révolutions par jour. Un cycle orbital complet dure 16 jours.

Ces caractéristiques orbitales ont des conséquences sur l'acquisition des images :
- la couverture est complète entre les parallèles 81° nord et sud.
- le recouvrement des images s'accroît avec la latitude (7% à l'équateur, 54% par 60° de latitude).

Pour en savoir plus sur l'orbite de Lansat 7
Systèmes embarqués :

L'instrumentation embarquée a évolué au fil des satellites, depuis la caméra RBV (Return Beam Vidicon) et le radiomètre multispectral MSS (Multi Spectral Scanner) de 1972 jusqu'au radiomètre ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus)  de 1999.
La résolution spatiale est passée de 80 m à 30 m (ou 15 m en mode panchromatique) et les domaines spectraux explorés concernent le visible, l'infrarouge proche et moyen ainsi que l'infrarouge thermique.
Le radiomètre ETM+ permet ainsi d'offir des images couvrant un champ d'observation de 185 km * 185 km, avec une résolution spatiale de 30 m en mode multispectral.

Satellite
date de lancement
altitude moyenne Cycle orbital Fauchée Capteurs,
canaux et résolution spatiale
Landsat 1 juillet 1972 910 km 18 jours 185 km  Caméra RBV (3 canaux, 80 m)
  Radiomètre MSS (4 canaux, 80 m)
Landsat 2 janvier 1975 910 km 18 jours 185 km  Caméra RBV (3 canaux, 80 m)
  Radiomètre MSS (4 canaux, 80 m)
Landsat 3 mars 1978 910 km 18 jours 185 km  Caméra RBV (3 canaux, 80 m)
  Radiomètre MSS (5 canaux, 80 m)
Landsat 4 juillet 1982 705 km 16 jours 185 km  Radiomètre MSS (5 canaux, 80 m)
  Radiomètre TM (7 canaux, 30 m)
Landsat 5 janvier 1984 705 km 16 jours 185 km  Radiomètre MSS (5 canaux, 80 m)
  Radiomètre TM (7 canaux, 30 m)
Landsat 6 oct. 1993
   détruit après lancement

Landsat 7 avril 1999
705 km

16 jours
185 km

  Radiomètre ETM + (7 canaux, 30 m,
  plus canal panchro, 15 m
Images Landsat :
De multiples produits sont créés à partir des mesures effectuées par les capteurs embarqués à bord des satellites Landsat.
Les images Landsat ont été largement diffusées depuis une trentaine d'années. Le plus souvent, leur mise à disposition auprès du grand public s'effectue sous forme de compositions colorées.

Exemple de composition colorée d'une image Landsat 7 ETM+

Ci-contre : Site de lancement de Cap Canaveral, vu par le satellite Landsat 7. Cette image présente l'apparence de couleurs dites "naturelles", mais résulte en fait de la combinaison informatique de données issues de différents fichiers de mesures (Copyright NASA).

SATELLITE ENVISAT

Le satellite ENVISAT

Présentation :

La mission ENVISAT a été imaginée par l’Agence Spatiale Européenne (ESA). Satellite dédié à l'étude des ressources terrestres, ENVISAT a pour fonction l’observation de la Terre : atmosphère, continents, océans surfaces englacées. Les données produites par ENVISAT sont tout particulièrement exploitées dans le cadre de la surveillance des changements environnementaux et climatiques.

Ci-contre : Carte des températures de surface des océans sur 4 mois, de fin novembre 2006 à fin mars 2007, établie à partir de données ENVISAT, dans le cadre du système Mercator Océan.
(Copyright ESA - MERCATOR)

Pour en savoir plus :
http://www.mercator-ocean.fr


Le lancement d'ENVISAT a été effectué le 1er mars 2002 depuis la base de Kourou (Guyane) par une fusée Ariane 5 (vol 145). La mission initialement prévue pour une durée de vie opérationnelle de 5 ans a été remplie, puisque la date du 1er mars 2007 a été atteinte et dépassée avec succès. Ce jour-là, Envisat avait effectué plus de 26000 révolutions autour de la Terre et parcouru plus d'un milliard de km.

ENVISAT est un très gros satellite. Sa masse est de 8200 kg dont 2050 kg d’instruments et 300 kg d’ergols, pour un encombrement imposant de 10 m x 4 m x 4 m (plus gros qu'un autobus !).
Le générateur solaire a pour dimensions  14 m x 5m et permet de disposer d'une puissance de 6,6 kW, l'énergie étant stockée dans 8 batteries cadmium-nickel de 40 A.h chacune.

Ci-dessus : Vue d'artiste du satellite ENVISAT (Copyright ESA).

Caractéristiques orbitales :

ENVISAT évolue à une altitude moyenne de 800 km sur une orbite quasi-circulaire, inclinée de 98° par rapport au plan équatorial, ce qui lui confère l'héliosynchronisme. Sa période de révolution est de 101 minutes et son cycle orbital est de 35 jours.

En orbite, les dimensions d'ENVISAT sont :
26 m x 10 m x 4 m.


Systèmes embarqués :

Le satellite de surveillance des ressources terrestres ENVISAT est chargé d’acquérir des images haute résolution dans une vaste gamme de bandes spectrales. La haute résolution demandée nécessite d’adopter de petites fauchées ce qui signifie qu’il faut plusieurs jours pour balayer la totalité de la surface terrestre. En revanche il sera possible de distinguer un plus large éventail de niveaux de rayonnement et plus de détails en cartographie.
Sur ENVISAT sont installés dix instruments qui peuvent fonctionner simultanément et dont certains sont des capteurs-imageurs.

Ci-dessus : Image de Cuba acquise le 28 février 2003 par le capteur MERIS du satellite ENVISAT

Orbites des satellites SPOT

 Caractéristiques orbitales des satellites SPOT ;
              conséquences pour l'acquisition des images

Eclairement des régions survolées par les satellites SPOT :

Les satellites SPOT évoluent à 820 km d'altitude sur une orbite inclinée de 98,8° par rapport au plan équatorial. Cette inclinaison particulière se traduit par un lent mouvement de précession de l'orbite d'où son caractère héliosynchrone.
Ceci permet au satellite d'effectuer les survols d'une région pratiquement toujours à la même heure solaire locale. L'illustration ci-dessous permet de préciser cet aspect : Le satellite SPOT choisi ici  survole la France en passage descendant vers 11 h TU, dans des conditions d'éclairement favorables et à une heure où la nébulosité est statistiquement faible (brumes matinales dissipées; cumulus de beau temps non encore développés).

Ci-dessus : Trace au sol du satellite SPOT 5 et visualisation simultanée de l'orbite en 3 D. La zone sombre correspond aux régions non éclairées par le soleil à 11 h TU, à la date du 25 avril 2004. Document réalisé avec le logiciel Solstice gratuit et téléchargeable sur ce site.

Répétitivité des acquisitions et orientation des images :

La période de révolution des satellites SPOT est de 101 minutes. Chaque jour, 14,19 révolutions ont lieu et la coïncidence rigoureuse entre deux traces ne peut s'effectuer que toutes les 369 révolutions, ce qui correspond à un cycle orbital de 26 jours.
Du fait de la rotation de la Terre, entre deux passages successifs descendants (ou ascendants), à l'équateur, l'espacement entre deux traces consécutives vaut 2818 km. Les instruments haute résolution HRV, HRVIR ou HRG n'offrent au mieux qu'un champ d'observation de 117 km (deux fois 60 km, avec un recouvrement de 3 km). Le système de dépointage des capteurs est donc une réponse à cette difficulté de couvrir avec une répétitivité adéquate des régions survolées qui présentent un intérêt particulier.
D'autre part, le fait que plusieurs satellites SPOT soient simultanément opérationnels a conduit à une stratégie particulière de mise sur orbite visant à les répartir sur la trajectoire circulaire.


Document réalisé avec le logiciel Solstice .

Répétitivité :
Le document ci-contre représente les traces de passages successifs, toutes les 101 minutes. La distance entre les traces n-1, n, n+1 est telle que le champ d'observation des capteurs laisse de vastes zones non couvertes. A la fin d'une journée, seules d'étroites bandes de terrain situées sous la trajectoire du satellite auront été observées.
Orientation :
Ainsi que le montre le schéma ci-contre, les images acquises ont une orientation qui dépend de la latitude du lieu survolé. Par exemple, les scènes SPOT qui sont acquises à quelques minutes d'intervalle, en P, au nord de la Norvège puis en B, en France, n'ont pas la même orientation par rapport à un même référentiel géographique.

La scène SPOT géométriquement corrigée et présentée ci-dessous illustre ces aspects :



Ci-dessous : scène SPOT de la pointe de la Hague (Copyright SPOT-IMAGE).

La zone porteuse d'informations est orientée "en biais" dans le cadre général qui est orienté nord-sud et est-ouest, et ceci est dû à l'inclinaison de l'orbite (et dans une moindre mesure à la rotation de la Terre pendant les 8 secondes nécessaires pour le survol de cette zone) .

L'image est étirée dans un sens, et ceci est dû au dépointage qui a été mis en oeuvre pour acquérir cette zone du littoral de la Manche. Au moment de l'acquisition, le satellite survolait probablement l'ouest de la Grande Bretagne ou la mer d'Irlande et le capteur était dépointé vers "la gauche", c'est à dire vers l'est.

SATELLITE SPOT

Les satellites SPOT

Initié par la France à la fin des années 1970, le programme SPOT (Satellite Pour l'Observation de la Terre) s'est concrétisé depuis février 1986  par la mise sur orbite de cinq satellites équipés de capteurs à haute résolution. Le dernier de la série, SPOT 5, a été mis sur orbite le 4 mai 2002 depuis la base de lancement de Kourou par un lanceur Ariane 4 (modèle 42P, vol 151).  

SPOT 5 a une hauteur de 5,7 m pour une base de 3,1 m de côté ; sa masse au lancement était de
3000 kg dont 150 kg d'hydrazine. La durée de vie prévue est de 5 ans.

Caractéristiques orbitales :

Tous les satellites SPOT évoluent à une altitude de 820 km, sur des orbites quasi polaires, caractérisées par une inclinaison de 98,7° (ce qui permet l'héliosynchronisme). La période de révolution des satellites SPOT est de 101, 4 min et le cycle orbital a une durée de 26 jours.

Ces caractéristiques orbitales ont des conséquences  sur l'acquisition des images et leur interprétation ultérieure.

Pour en savoir plus sur l'orbite de SPOT

Ci-contre : Le satellite SPOT 5 (vue d'artiste) ; remarquer les ouvertures des deux capteurs à haute résolution (Copyright CNES).


Systèmes embarqués :

L'instrumentation embarquée a évolué au fil des satellites, avec pour objectif majeur d'obtenir de l'imagerie haute résolution de plus en plus performante. Tous les satellites SPOT sont équipés de capteurs jumelés offrant, dans les domaines spectraux du visible et de l'infrarouge proche, une résolution spatiale de 5 à 20 m selon les satellites et selon le mode de fonctionnement.
Les satellites SPOT 4 et 5 disposent également d'un "instrument végétation" qui opère dans 4 bandes spectrales et permet de couvrir chaque jour la quasi-totalité des terres émergées, avec une résolution spatiale de l'ordre du km.
SPOT 5 dispose en plus d'un instrument destiné à l'imagerie stéréoscopique.


Images SPOT :

De multiples produits sont créés à partir des mesures effectuées par les capteurs embarqués à bord des satellites SPOT.  La société SPOT IMAGE est chargée de la production et de la commercialisation de ces produits à différents niveaux de traitements, sous formes photographique ou numérique.
Parmi les produits les plus courants, les compositions colorées des images SPOT sont bien connues. Il s'agit le plus souvent de la combinaison des informations issues de trois canaux correspondant aux domaines spectraux du vert, du rouge et de l'infrarouge proche.

Ci-dessus :  Baie de la Somme vue par le satellite SPOT 2 le 27 juillet 2001 à 11 h 01 min TU. Cette composition colorée de 3 canaux dans le visible et le proche infrarouge correspond à une zone de 12 km * 9,6 km. L'image est orthorectifiée et compatible avec le système Lambert 2. Chaque pixel de l'image a pour dimensions 20 m * 20 m.
Remarquer, en cette situation de marée basse,  la complexité des chenaux,  le chenal principal (en noir) qui passe devant St Valéry sur Somme (au centre et en bas de l'image) ainsi que l'estran recouvert de végétation, avec les "mares à canard" typiques de ce secteur (Copyright CNES - SPOT-Image 2001).
De telles images sont téléchargeables à des fins éducatives sur le site Educnet.


Depuis le début de l'année 2007, les images SPOT 5 ont pris un caractère "grand public" plus affirmé par leur contribution significative à l'amélioration des images offertes par l'outil Google Earth.

Ci-dessus : Amélioration de la visualisation de la ville de Boulogne sur Mer, sur Google Earth,
                  grâce à l'imagerie  SPOT 5, ainsi qu'on peut le voir ci-dessus sur l'image de droite.
                  (Copyright CNES - SPot Image - Google).