Meilleurs voeux pour l'année 2011 avec un autre regard sur la Terre

Avec l'équipe de Planète Sciences Midi-Pyrénées, je vous adresse mes meilleurs voeux pour la nouvelle année. 

Le blog Un autre regard sur la Terre va continuer à vous proposer régulièrement des articles sur le thème de l'observation de la Terre au service de l'environnement. Chaque article est une occasion de proposer une approche pédagogique de ces sujets et une manière originale de s'intéresser aux sciences et techniques, par l'intermédiaire des satellites d'observation et de leurs applications.

Si ces articles vous intéressent et, si vous êtes enseignant et si vous en avez fait usage en classe avec vos élèves, merci de me le faire savoir en postant un commentaire à la fin de l'article correspondant. Je suis très intéressé par tout retour d'expérience...

Une carte de voeux pour vous en faire voir de toutes les couleurs en 2011 : les compositions colorées du satellite Meteosat 9

Opéré par Eumetsat, Meteosat 9 est un satellite géostationnaire, en orbite à la verticale de l’équateur, au niveau du méridien de Greenwich. A environ 35800 km d’altitude, il tourne à la même vitesse relative que la Terre autour de son axe. S’il pouvait être vu du sol par un observateur terrestre, Meteosat 9 semblerait immobile dans le ciel : il occupe ainsi une position d’observation appraremment fixe par rapport à la Terre dont il voit en permanence pratiquement un hémisphère (évidemment les bords du champs sont vus sous un angle très oblique…) 

Un perchoir idéal pour la météorologie ou les télécommunications par satellite.

L’image, que j'ai utilisée sur la carte de vœux du blog Un autre regard sur la Terre, a été acquise le 1er janvier 2010 à 8h00 UTC. Elle est représentée en couleurs naturelles selon la convention suivantes :

3 canaux du capteur SEVIRI de Meteosat 9 sont utilisés : deux canaux dans le spectre visibles, centrés sur 0,6 µm et 0,8 µm, respectivement représentés en bleu et vert à l’écran et un canal dans le proche infrarouge, centré sur 1,6 µm, représenté en rouge :

• Les nuages chargés de petites gouttes d’eau ont une forte réflectance dans les trois canaux et, par conséquent, apparaissent blancs ou blanchâtres (combinaison de rouge, vert et bleu avec des niveaux similaires).
• La neige et les nuages de glaces sont représentés en cyan (mélange de bleu et vert) à cause de la forte absorption du canal infrarouge (peu ou pas de rouge dans la représentation de l’image).
• Les sols nus sont bruns en raison d’une plus forte réflectance dans le canal proche infrarouge que dans le canal visible à 0,6 µm.
• L’océan apparaît en bleu sombre ou en noir à cause de la faible réflectance dans les trois canaux.

A quelle heure est le nouvel an cette année ?

Vous avez oublié d’envoyer un SMS à vos amis pour le nouvel an (selon les opérateurs, 750 millions de SMS ont été envoyés entre le réveillon du 31 et le jour de l’an)… Il vous reste une chance de vous rattraper ou d’éviter l’heure de pointe en jouant sur les fuseaux horaires : le passage à l’année 2011 dépend en effet de l’endroit ou vous vous trouvez dans le monde. Vous pouvez essayer de faire croire que vous êtes en Angleterre ou à Cuba…

UTC signifie Universal Coordinated Time ou Temps Universel Coordonné. L’abréviation UTC est utilisée en anglais et en français. L’heure UTC sert de référence pour le temps à l’échelle internationale et est reliée au temps atomique international. L’ancienne abréviation GMT pour Greenwich Mean Time, qui a été remplacé par le temps UTC en 1972, est toujours largement utilisée. L’heure GMT était calée sur la rotation de la Terre (Temps universel TU ou UT en anglais). Personnellement, je ne comprends pas pour le méridien de Greenwich, qui passe au milieu du cirque de Gavarnie, ne s’appelle pas méridien de Gavarnie !

L’heure d’Europe centrale (ou CET pour Central Eureopean Time) correspond au fuseau horaire UTC + 1, en avance d’une heure par rapport à l’heure UTC. Entre avril et octobre, la plupart des pays Européens, utilisent une « heure d’été » (CEST pour Central European Summer Time), qui correspond à UTC +2. Le Royaume Uni et le Portugal utilisent l’heure WET (Western European Time) égale à l’heure UTC et appliquent également l’heure d’été.

Dans les articles du blog Un autre Regard sur la Terre, j’essaie de systématiquement de mentionner l’heure d’acquisition des images en temps UTC. En connaissant cette heure, il y a quelques exercices pédagogiques intéressants à faire en tenant compte de l’heure locale de la zone couverte par l’image et de l’heure de passage du satellite (les satellites à orbite héliosynchrone passent en général à une heure locale fixe).

Voici les images en couleurs naturelles acquises par Meteosat 9 à 6h00, 8h00 et 12h00 UTC.

Image acquise le 1er janvier 2011 à 6h00, 8h00 et 12h00 UTC par Meteosat 9. Composition colorée en couleurs naturelles des canaux 0,6 µm, 0, 8 µm et 1,6 µm. Crédit image : Eumetsat

Pourquoi une image à 8h00 UTC pour le nouvel an ?

Parce que plus tôt la France et l’Europe de l’ouest sont encore dans l’obscurité. Il y a bien une image acquise par Meteosat à 0h00 UTC le 1er janvier 2011. La voilà, également en couleurs naturelles… A minuit UTC, l’hémisphère vu par Météosat n’est pas du tout éclairé par le soleil. Le capteur du satellite ne voit rien et l’image est toute noire. Pour information, les contours blancs qui délimitent les pays et le quadrillage en latitude et longitude ne sont évidemment pas vus par le satellite : ils sont ajoutés au sol une fois l’image reçue et servent de repères pour une meilleure lisibilité de l’image.

Image acquise le 1er janvier 2011 à 0h00 UTC par Meteosat 9. Canal visible centré sur 0,6 µm. Crédit image : Eumetsat

Le satellite étant géostationnaire, ces contours restent toujours les mêmes : il s’agit d’un masque qu’on rajoute à l’image.

Un solution pour s’affranchir de la lumière du soleil : l’infrarouge thermique

Il existe une solution pour avoir des images la nuit, en l’absence de lumière solaire : il suffit d’utiliser les images acquises dans les bandes de l’infrarouge thermique, mesurant les émissions thermiques de la surface de la Terre, des nuages et de l'atmosphère elle-même. L'utilisation de détecteurs sensibles à ces émissions permet d'acquérir des "images thermiques" aussi bien la nuit que le jour. Ceci est important pour la météorologie qui s’intéresse aux températures de la couverture nuageuse et de la surface terrestre.

Tous les objets, dès que leur température est supérieure au zéro absolu (zéro Kelvin), émettent un rayonnement thermique. Les capteurs utilisés sur les satellites météorologiques doivent tenir compte des fenêtres du spectre que l’atmosphère laisse passer (fenêtres de transparence).

A la température de 800 K, le pic de rayonnement se situe près de 4 µm. C'est la température moyenne d'un feu de forêt. Leur détection est une des applications du canal centré sur 3,9 µm.

En météorologie, le fenêtre à 11 µm est très utilisée : cette longueur d’onde correspond au pic d’émission des nuages dont la température est aux alentours de 260K. Cette bande n'est pas polluée par le rayonnement solaire et peut être utilisé de jour comme de nuit pour observer les nuages et déterminer leur température ainsi que celle de la surface terrestre. Pour des mesures quantitatives plus précises, on utilise des canaux légèrement décalés, par exemple à 10,8 µm et 12 µm, avec des absorptions atmosphériques différentes.

La nuit, il peut être difficile de distinguer les nuages bas de la surface terrestre quand leurs températures sont très proches. On utilise alors la différence de signal entre les canaux à 4 et 11 µm, car les nuages d'eau ont une émissivité inférieure dans les longueurs d’ondes plus courtes.

Voici les deux images acquises par Meteosat-9 le 1er janvier à 0h00 UTC dans les deux canaux infrarouge à 3,9 µm et 10,8 µm. C’est moins joli que la composition colorée montrée précédemment mais, au moins, on voit quelque chose à 0h00 UTC.

Image acquise le 1er janvier 2011 à 0h00 UTC par Meteosat 9.
A gauche, canal infrarouge centré sur 3,9 µm. A droite, canal infrarouge centré sur 10,8 µm.
Crédit image : Eumetsat

Dans les Hautes-Pyrénées, dans le val d’Azun vers 0h00 UTC (c’est-à-dire 1h00 du matin en heure locale), le ciel était parfaitement dégagé, sans nuage et avec une atmosphère froide et limpide : la voûte céleste était extraordinaire : l’idéal pour un peu d’initiation à l’astronomie, à condition de sortir bien couvert… Minuit, l'heure idéale pour le pic du Midi !

Le nouvel an, ailleurs dans le monde

Pour finir et vous faire comprendre pourquoi vos SMS de vœux vers vos amis en voyage en Inde ou en Asie sont partis trop tard, voici une image du satellite Meteosat 7 (appelé IODC pour Indian Ocean Data Coverage), en orbite à la verticale de l’équateur, à la latitude 57°E, au large de la Somalie, presque au-dessus des Seychelles. L’image a également été acquise le 1er janvier à 0h00 UTC. Au Vietnam, par exemple, la matinée est bien entamée et votre SMS est arrivé quelques heures trop tard…

Image acquise le 1er janvier 2011 à 0h00 UTC par Meteosat 7 (IODC). Canal visible centré sur 0,7 µm.
Crédit image : Eumetsat

En savoir plus :

• Quelle heure est-il à travers la monde sur le site 24timezones.com.
  
• Les satellites Meteosat et Metop sur le site d'Eumetsat.
• Sur le site Wikipédia, un article sur le temps universel coordonné.
• Mieux qu'un SMS, le site de l'horloge parlante.
  

Suggestions d'utilisations pédagogiques en classe :

• Travail sur la mesure du temps : heure UTC, heure locale, évolution de la définition du temps (temps universel, temps universel coordonné), fuseaux horaires et heure légale selon les pays.
• Les orbites et les positions des satellites géostationnaires.
• Les heures de passage des satellites héliosynchrones.
• Les orbites et les lois de Kepler.
• Expériences sur les compositions colorées avec des logiciels permettant de manipuler les canaux image (par exemple Gimp).