Comment les satellites percent les secrets des nuages?

La connaissance des nuages est une clé essentielle pour la prévision météo et la compréhension du climat et de son évolution. La télédétection spatiale y apporte depuis plusieurs décennies une contribution essentielle, grâce à des instruments toujours plus innovants embarqués sur satellites géostationnaires et défilants.

 

Les interrogations sur le temps qu’il fait ne servent pas seulement à alimenter le sujet de conversation le plus universel ! Notre capacité à prévoir la météo avec précision est un enjeu majeur, aussi bien économique que sanitaire et social. « Or le temps sensible est très fortement conditionné par les nuages (pluies, brouillard, conditions d’ensoleillement), il est donc indispensable de bien les observer, les comprendre et les prévoir », explique Pierre Tabary, responsable du programme Atmosphère Météorologie Climat au CNES.

Sur des échelles de temps plus longues, les nuages sont aussi un maillon essentiel de la machine climatique, en raison de leur rôle dans le bilan radiatif de la Terre. Par l’effet parasol, ils contribuent à limiter le flux d’énergie solaire qui arrive à la surface de la Terre, et à l’inverse, par l’effet de serre, ils redirigent vers le sol une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre. « Il y a donc un effet de refroidissement ou de réchauffement, qui dépend de la distribution des nuages, de leur composition en eau liquide ou en glace, de la taille des gouttelettes ou des cristaux, de leur altitude » poursuit Pierre Tabary.

 C’est pour cela qu’il est très important de comprendre le fonctionnement des nuages et la manière dont ils vont évoluer dans un contexte de climat changeant. Selon le GIEC, il s’agit de la plus grande source d’incertitude pour la prévision climatique. 

Pierre Tabary, responsable du programme Atmosphère Météorologie Climat au CNES

Décrire les nuages en trois dimensions

Les satellites permettent depuis longtemps de cartographier et de caractériser les nuages : l’agence européenne Eumetsat opère un ensemble de satellites géostationnaires, qui sont coordonnés avec d’autres satellites géostationnaires opérés par d’autres agences (américaine, japonaise…), ce qui donne en permanence une vision de la distribution des nuages sur le globe. Un certain nombre de satellites défilants opérationnels (satellites METOP notamment) fournissent également des informations très précieuses sur les nuages.

Par ailleurs, depuis 2006, la mission Calipso, développée par le CNES et la NASA, a fait avancer la connaissance de la distribution des nuages en 3D sur le globe, en particulier dans leur dimension verticale, grâce à un instrument actif (lidar) qui permet d’accéder au profil vertical des nuages et des aérosols. Calipso est intégrée à l’ensemble A-Train – gigantesque observatoire atmosphérique – qui embarque de multiples instruments complémentaires pour documenter les nuages, les aérosols et le cycle de l’eau. La mission Megha-Tropiques – résultat d’une collaboration entre le CNES et l’ISRO, lancée en 2011 et toujours en exploitation – fournit quant à elle des mesures dans la zone intertropicale dans le domaine des micro-ondes. L’orbite tropicale du satellite permet d’échantillonner le cycle diurne. Les données de la mission Megha-Tropiques sont aujourd’hui intégrées opérationnellement dans de nombreux modèles météorologiques, avec des bénéfices démontrés sur des épisodes à fort impact tels que les cyclones et les épisodes de fortes précipitations.

« La télédétection permet d’acquérir une vision globale », ajoute Jérôme Riedi, professeur au Laboratoire d’optique atmosphérique de Lille. Les enjeux actuels sont l’augmentation de la résolution spatiale – de plus en plus d’observations ont une résolution au km ou aux 500 m – pour mieux comprendre les processus physiques dans l’atmosphère, et celle de la résolution temporelle. Les satellites géostationnaires offrent cette possibilité : d’une observation toutes les 3 h historiquement, les prochaines générations permettront 10 minutes en global et des capacités d’observation toutes les minutes sur des zones particulières.

 

Le programme européen EPS-SG, ouvrira de nouvelles perspectives à partir de 2021, en embarquant sur le satellite METOP-SG, le sondeur IASI-NG et le polarimètre 3MI. « Il s’agit de la principale évolution actuellement, avec des outils de recherche développés par le CNES. IASI était déjà utilisé pour l’opérationnel sur METOP, 3MI sera intégré pour la première en mode opérationnel. Ils apporteront un saut qualitatif sur les observations réalisées, conclut Jérôme Riedi. L’enjeu ensuite est d’assimiler ces données dans les modèles de prévision météo et de les intégrer dans la modélisation du changement climatique, avec des séries temporelles suffisamment longues. »

 

Les CNES apporte sa contribution et son expertise aux avancées de la télédétection spatiale des nuages en participant à des coopérations internationales comme Calipso, menée conjointement avec la NASA, A-Train, Megha-Tropiques, avec l’agence indienne ISRO ou European Polar System (EPS) avec les autres agences européennes pour le compte d’Eumetsat. Dans ce cadre, la CNES a notamment développé des instruments de recherche – IASI puis IASI-NG, 3MI – qui seront intégrés sur le satellite METOP-NG en 2021.

 

Crédits : CNES, 2017