MSG - Au service de la météorologie et d'autres applications

Représentation artistique de MSG
12 août 2002

ESA Info 5-2002. Un nouveau satellite qui viendra bientôt se poster en orbite géostationnaire à 36 000 km à la verticale de la côte de l'Afrique de l'Ouest pointera vers les différents continents un puissant instrument de prise d'images. Il s'agit d'un satellite Météosat de seconde génération (MSG), le successeur des satellites météorologiques Météosat.

MSG a été développé en étroite coopération par l'Agence spatiale européenne (ESA) et EUMETSAT, l'Organisation européenne pour l'exploitation de satellites météorologiques.

Ce nouveau système satellitaire, qui jouera un rôle essentiel dans la fourniture de services météorologiques pendant les douze prochaines années au moins, est le fruit conjugué du savoir-faire de l'ESA dans le domaine de la technologie spatiale et de l'expérience d'EUMETSAT qui a fait de MSG la base de son programme de météorologie opérationnelle à long-terme.

Le système MSG comprendra une série de trois satellites et un tout nouveau système de contrôle et de traitement au sol développé par EUMETSAT. Ces satellites seront exploités depuis le Centre de contrôle d'EUMETSAT à Darmstadt, en Allemagne, où leurs données spatiales seront traitées puis directement distribuées à des milliers d'utilisateurs en Europe, en Afrique et dans les pays voisins.

La station centrale de Darmstadt sera épaulée par des centres de traitement spécialisés répartis à travers toute l'Europe et qui fourniront des informations sur l'ozone, les océans, les glaces de mer et les terres émergées, ainsi que sur l'évolution du climat. Ils proposeront également des prévisions basées sur des modèles numériques, ainsi que des instantanés sur la situation du temps à un moment donné ou des prévisions précises à très court terme. Un mode de traitement spécialisé leur permettra même d'obtenir des informations météorologiques à partir des signaux émis par les satellites de navigation.

Ces satellites seront exploités depuis le Centre de contrôle d'EUMETSAT

Les données fournies par le système MSG permettront d'obtenir des prévisions météorologiques plus précises pour l'ensemble de l'Europe, notamment en ce qui concerne des phénomènes inhabituels tels que les orages soudains ou les bancs de brouillard. En matière de prévisions, cela constituera une évolution importante par rapport à ce que nous avons connu au cours des vingt-cinq dernières années. Mais pour le continent africain, au-dessus duquel MSG sera positionné, ces données présenteront un intérêt tout à fait considérable. Outre les informations météorologiques qu'il fournira à plus de 40 États africains, MSG fournira des données permettant d'améliorer la sécurité alimentaire, d'anticiper les zones de propagation de maladies mortelles comme la malaria et la méningite, ou encore d'observer le comportement des volcans en sommeil.

D'un point de vue technique, MSG est le successeur direct des sept satellites Météosat qui ont assuré une surveillance météorologique depuis un quart de siècle. Il partage un bon nombre de leurs caractéristiques. " MSG n'est pas un satellite expérimental, c'est un satellite fiable et opérationnel qui tire parti de l'expérience acquise ", précise le Dr. Eva Oriol-Pibernat, responsable de cette mission pour l'Agence spatiale européenne. " Le premier objectif consistera à poursuivre la mission exécutée par la famille des satellites Météosat et le deuxième sera d'en améliorer les résultats ".

L'imageur embarqué à bord de MSG présentera toutefois une différence fondamentale sur le plan de l'efficacité technique. Il permettra d'envoyer un volume d'informations beaucoup plus important et cela beaucoup plus souvent. Cette amélioration tient au nombre de canaux dont il dispose pour capter des informations. Tandis qu'il y en avait trois sur Météosat, MSG en comporte douze dans le visible et l'infrarouge. La périodicité du balayage est elle aussi considérablement améliorée, avec une image produite toutes les 15 minutes contre 30 minutes auparavant.

Cela signifie que les séquences d'images satellitaires diffusées par les bulletins météorologiques des chaînes de télévision européennes seront plus fluides et plus réalistes car elles contiendront beaucoup plus de données. Les prévisionnistes profiteront également de ces progrès en disposant des informations supplémentaires fournies par les différents canaux, par exemple en ce qui concerne les instabilités atmosphériques, ce qui est très important pour prévoir des phénomènes à évolution rapide.

Pour l'ensemble des citoyens européens, les prévisions à court terme de phénomènes météorologiques tels que les orages, les pluies torrentielles ou les chutes de neige seront par conséquent considérablement améliorées. Cela aura des conséquences positives dans le secteur des transports ou en agriculture, comme dans de nombreuses activités commerciales. À l'image des Européens, les Africains pourront bénéficier de prévisions plus fiables sur l'évolution de la sécheresse et des conditions météorologiques extrêmes.

Naissance du projet PUMA

Un projet, baptisé PUMA (pour " Préparation à l'utilisation de MSG en Afrique ") a été lancé en 1996 par EUMETSAT et la communauté des utilisateurs africains. Il représentera un progrès considérable pour les services météorologiques de 41 pays africains et de 4 pays de l'océan Indien, qui, grâce à un financement de la Commission européenne dispensé par l'intermédiaire du Fonds de développement européen, disposeront de stations de réception intégrées leur permettant d'avoir accès à des données plus précises et plus fréquentes qu'auparavant.

Des fonds seront réservés à l'achat de matériel et à la formation des météorologues qui souhaiteront apprendre à utiliser ce système.

Les responsables du programme MSG ont compris dès l'origine qu'il était important d'adopter une démarche coordonnée pour permettre à l'Afrique de disposer de ces nouveaux flux de données, indispensables pour ce continent, indique le Dr. Tillmann Mohr, Directeur général d'EUMETSAT. "Nous nous efforçons, en étroite coordination avec la Commission européenne, les services météorologiques africains et les autres agences concernées, de faire en sorte que les installations de pointe du système MSG puissent profiter largement à toute l'Afrique, sur une base durable" explique-t-il.

Pour le Dr Etienne Bartholomé du Centre commun de recherche de la Commission européenne, l'objectif essentiel est la réussite de ce transfert de technologie : " Dans un premier temps, nous devons nous assurer que le matériel est en place et fonctionne. Ensuite, nous devons faire en sorte que les utilisateurs introduisent des données de MSG dans leurs applications actuelles. Ce qui constituera pour eux un réel avantage ".

Selon le Dr Bartholomé, ce projet ouvre de nombreuses perspectives nouvelles : " Tous les partenaires africains se sont unis et ont décidé d'investir dans ce projet l'aide qu'ils reçoivent. Ce niveau de coopération montre à quel point MSG est important pour cette communauté d'utilisateurs ". L'Union européenne apporte 11 millions d'euros au projet et le Dr Bartholomé est convaincu que celui-ci donnera des résultats extrêmement positifs : " Cela constituera un vrai changement pour les vingt prochaines années car, dès que l'infrastructure sera en place, nous pourrons développer de nouvelles applications et mettre en œuvre de nouvelles idées ".

Le Dr Tillmann Mohr est du même avis : "Nombre de ces pays n'ont jamais disposé des données Météosat. Ils sont désormais en train de se doter de stations de réception MSG, ce qui n'aura pas seulement des conséquences sur le plan des prévisions météorologiques mais également dans bien d'autres domaines."

Fabio Fabbi, porte-parole de la Commission européenne, estime que ce projet a également pour rôle de ne plus faire porter toute l'attention uniquement sur la météorologie : " L'initiative PUMA est en train d'acquérir une nouvelle dimension avec la phase de suivi dénommée AMES-D (Surveillance de l'environnement et développement durable en Afrique). Nous augmentons actuellement l'éventail des applications reposant sur des données MSG, qu'il s'agisse de la surveillance de l'environnement, de l'agriculture, de l'hydrologie ou des changements à l'échelle mondiale ".

Artist's view of MSG launch and early orbit phase
Représentation artistique de MSG

Une de ces applications consiste à étudier la progression du désert et, par voie de conséquence, à améliorer la sécurité alimentaire qui, dans de nombreuses régions d'Afrique, est aujourd'hui encore une question de vie ou de mort. MSG met ainsi de nouveaux outils à la disposition de chercheurs tels que le Dr Michael Rasmussen de l'Institut de géographie de l'Université de Copenhague. Avec ses collègues, celui-ci utilise en effet depuis plusieurs années les données de Météosat pour suivre l'avancée du désert au Sénégal. Il pense que MSG facilitera considérablement son travail.

" Nous utilisons un paramètre très commun, à savoir l'indice de végétation normalisé (NDVI). Nous étudions la lumière réfléchie de la partie rouge du spectre, celle dans laquelle la végétation absorbe l'énergie pour la photosynthèse. Nous mesurons également l'énergie réfléchie dans le proche infrarouge (une partie du spectre qui ne sert pas à la photosynthèse), et la différence effective entre ces deux niveaux nous indique s'il y a ou non photosynthèse. Cette différence est à la fois très simple à établir et très révélatrice ".

" Si l'on utilise ces mesures pendant la saison de croissance des végétaux, on obtient une bonne indication de la productivité de la végétation car on sait alors quelle est l'ampleur de la photosynthèse. Il est possible d'utiliser des mesures au sol pour étalonner le modèle. Ainsi, au Sénégal, nous avons habituellement 30 à 40 points de contrôle au sol. L'ensemble des mesures nous permet d'avoir une estimation de la totalité de la biomasse du pays ".

" Les nouvelles données de MSG offriront un grand avantage car elles permettront d'identifier rapidement des changements qui surviennent dans la végétation. MSG nous livrera des données toutes les 15 minutes, ce qui, par rapport à l'intervalle précédent de 30 minutes, contribuera à nous affranchir en partie de la couverture nuageuse qui peut fausser les images. Il sera également possible de suivre les changements qui affectent la lumière réfléchie durant la journée, l'amplitude des variations de température à la surface du sol constituant un bon indicateur du degré de sécheresse du sol ".

" Nous pensons que grâce à MSG, nous pourrons améliorer considérablement nos modèles, ce qui aura des effets très importants pour la population ".

" Si vous demandez aux agriculteurs sénégalais quels sont leurs problèmes, ils vous parleront de baisse des rendements, de salinité des sols, ou encore de la régression du couvert végétal. Ce que nous faisons déjà avec les satellites, et ce que nous continuerons de faire avec MSG, c'est d'établir des comparaisons entre les différentes années et d'identifier les zones qui ont effectivement subi un déclin ainsi que celles où la productivité s'est accrue. Pour y parvenir, les données de MSG joueront un rôle fondamental ".

Le Dr Michel Legrand de l'Université des sciences et technologies de Lille partage cet avis. Ses travaux ont porté sur les conséquences que les nuages de poussière entraînent pour le continent africain. " Ce nouveau satellite, qui appartient à une nouvelle génération, nous permettra de gagner en efficacité et de faire la différence. Jusqu'à présent, un des problèmes était qu'il fallait apporter une correction à nos mesures des paramètres de l'atmosphère. MSG possédant davantage de canaux, cette correction sera plus précise et nous aurons ainsi une vision exacte des récoltes, ce qui devrait permettre de localiser les zones de récolte déficitaire ".

Desertification
Désertification

Suivre la propagation de maladies mortelles

Outre des prévisions plus précises et une meilleure compréhension du phénomène de désertification, dont les paysans africains pourront bénéficier, MSG aura des applications en matière de suivi et de prévision de la propagation de la malaria et de la méningite, qui l'une et l'autre font de nombreuses victimes.

Le Dr David Rogers de l'Université d'Oxford utilise déjà des données de Météosat pour repérer les zones présentant des conditions favorables à la reproduction des moustiques. Ces insectes sont les vecteurs de la malaria, qu'ils transmettent à des individus sains après avoir piqué des individus infectés. Il estime que des données précises permettront de développer un modèle fiable qui constituera un système d'alerte précoce d'une maladie qui, chaque année, tue deux millions de personnes.

Le Dr Rogers pense que son système d'alerte pourrait être très utile dans les régions où la malaria sévit de manière saisonnière. " L'objectif est d'anticiper l'étendue des zones dans lesquelles la malaria se propage à certaines saisons ; cette étendue est fonction du volume des précipitations, que les satellites permettent d'évaluer. On disposerait ainsi d'un délai d'intervention d'environ un mois. Cela permettrait de prévenir les autorités sanitaires, lesquelles pourraient alors faire parvenir les médicaments nécessaires. Par les gens qui ont l'expérience de ce type de traitement en Afrique, je sais que deux à quatre semaines d'avance feront une grande différence ".

" En revanche, il est beaucoup plus difficile de faire des prévisions pour les régions dans lesquelles la malaria est endémique. Cette maladie a en outre un caractère cyclique. Nous pensons que son cycle naturel est de trois ans et que ce cycle est lui aussi affecté par le climat, de sorte que si le climat est très propice à la malaria à un moment où la maladie est de toute façon en expansion, sa prévalence sera supérieure à ce qui était attendu. C'est pourquoi il est très important de disposer de données climatiques fournies par des satellites, car on peut ainsi établir des prévisions plusieurs mois à l'avance, ce qui facilite la tâche des services sanitaires ".

Pour le Dr Rogers, l'utilisation de données de MSG ne pourra qu'améliorer son travail. " Nous disposerons d'un plus grand nombre de canaux et ceux-ci auront une stabilité spectrale supérieure à celle de la génération actuelle. Nous devrions ainsi pouvoir repérer avec davantage de précision les régions de propagation de la malaria. En principe, il sera également possible d'utiliser les données du satellite pour suivre au fil du temps les changements qui affectent l'environnement et qui pourraient favoriser la malaria ".

" MSG constituera une différence de taille et nous donnera un réel avantage. L'éventail des données qu'il recueillera et la fréquence de ses images seront un atout fantastique dans la lutte contre la malaria ".

Baby suffering from malaria
Victime de la malaria

Poussière et maladie

Avec la malaria, la méningite est une des maladies les plus redoutables et les plus contagieuses qui frappe le continent africain. Selon le Dr Madeline Thomson de l'Université Columbia (États-Unis), l'ampleur de la méningite en Afrique est tout à fait effrayante. " En Europe, nous parlons d'épidémie dès qu'une vingtaine de personnes contractent la maladie. Mais en Afrique, une épidémie peut toucher des centaines de milliers de personnes. Et ce phénomène a empiré au cours des dernières années ". Ainsi, on estime qu'en 2002 cette maladie menace plus de 8 millions d'Éthiopiens.

Dans le cadre de leurs études visant à comprendre la nature de ces épidémies, les chercheurs se sont penchés sur les facteurs environnementaux qui pourraient être liés à la propagation de la méningite. Ils estiment qu'il existe une relation avec la désertification survenue au cours des quatre dernières décennies. En effet, cette maladie est absente des régions boisées de l'Afrique centrale mais est endémique dans les régions sèches qui s'étendent du Sénégal jusqu'à l'Éthiopie.

" Les épidémies se produisent toujours pendant la saison sèche. En général, lorsque la pluie commence à tomber, leur propagation s'arrête " déclare le Dr Thomson. Afin d'obtenir un modèle significatif qui puisse permettre de prévoir le déclenchement d'épidémies, le Dr Thomson et ses collègues ont rassemblé la totalité des informations existant sur les épidémies survenues depuis 150 ans. Ils ont établi des cartes et constaté que ces épidémies étaient étroitement liées au taux d'humidité absolue et au type de couverture végétale. " Nous voulions voir si la distribution des épidémies avait changé. Cela a bien été le cas puisqu'elles se sont déplacées vers le sud, dans des régions qui étaient autrefois plus humides ".

Vu l'existence d'un lien étroit entre les conditions climatiques et l'apparition d'épidémies, il devient essentiel de disposer de données précises sur les conditions climatiques, cela afin d'avoir un modèle avec lequel il sera possible de prévoir quelles seront les zones à haut risque. Pour le Dr Thomson : " Si l'on veut exercer une surveillance en temps réel, il faut utiliser des données satellitaires. Il n'y a pas vraiment d'autre choix possible. Nos travaux préliminaires, qui ont fait appel à des observations de Météosat et d'autres satellites, indiquent qu'il y a un lien entre la variabilité interannuelle des épidémies de méningite et les données satellitaires dont nous disposons. Cependant, la situation n'est pas suffisamment claire pour nous permettre d'avoir un modèle fiable avec lequel nous puissions travailler ".

Certains signes peuvent toutefois inciter à l'optimisme. Ainsi, le Dr Thomson évoque la présentation de son modèle qu'elle a faite au début de l'année devant des professionnels de la santé au Niger. " Pour illustrer ce dont nous parlions, nous avons tenté de prévoir quelles seront les régions les plus exposées aux épidémies cette année. Les responsables de la surveillance sur le terrain ont confirmé que nous avions localisé les bons endroits car leurs mesures sur place indiquaient que les seuils épidémiques étaient déjà franchis ". Le Dr Thomson insiste sur le fait qu'il s'agit là d'un système tout à fait préliminaire, qui devra être affiné. En effet, lors d'un essai d'utilisation au Burkina Faso, les prévisions du modèle n'ont pas confirmé la réalité du terrain.

Les données de MSG amélioreront-elles ces travaux ? D'après le Dr Thomson, le plus important est de pouvoir enregistrer les niveaux d'aérosols dans la haute atmosphère et de les corréler à la teneur en poussière au sol. Michel Legrand de l'Université de Lille explique que MSG répondra à ce besoin. " MSG sera plus à même de détecter la présence de poussière au?dessus de l'Afrique. Cela tient principalement au fait qu'il possède 4 canaux dans l'infrarouge thermique, tandis que Météosat n'en a qu'un seul susceptible de contribuer à cette tâche. Cela améliorera notre capacité à localiser la poussière et à en établir les caractéristiques ".

Dans l'hypothèse où MSG pourra fournir les données voulues, le Dr Thomson déclare qu'il faudra encore entre cinq et dix ans pour mettre en place un modèle fiable. Toutefois, elle pense que l'approche retenue est la bonne. " Je ne dirais pas que nous avons un système de prévision qui fonctionne, mais nous avons assurément la méthodologie adéquate ".

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