ENVISAT

Les données recueillies par les instruments scientifiques sont enregistrées dans deux mémoires (composants électroniques) ayant une capacité unitaire de 70 gigabits ainsi qu'un enregistreur sur bande magnétique de 30 gigabits. Le transfert des données vers le sol est assuré à la fois par deux liaisons en bande Ka passant par le satellite Artemis placé en orbite géostationnaire et par deux liaisons directes en bande X. Dans les deux cas les capacités sont de 50 ou 100 mégabits/s[4].

Le type d'information collectée par chaque instrument.

MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer) est composé de cinq caméras placées côte à côte, chacune équipées d'un spectrophotomètre « pushbroom » (râteau en français). Ces spectrophotomètres utilisent des détecteurs CCD à deux dimensions. L'un des côtés du détecteur est orienté perpendiculairement à la trajectoire du satellite et permet, à travers le bloc optique, de collecter des observations simultanément pour une ligne de points à la surface de la Terre (ou dans l'atmosphère). Le déplacement du satellite le long de sa trajectoire et un temps d'intégration court permettent de recréer par la suite des images à deux dimensions. Le système de dispersion de la lumière dans le bloc optique permet également de séparer les composantes spectrales du rayonnement reçu sur le détecteur dans la direction parallèle à la trajectoire du satellite. Ces spectrophotomètres acquièrent naturellement des données dans un grand nombre de bandes spectrales, mais, pour des raisons techniques, seules 16 d'entre elles peuvent être transmises au segment sol (dont une qui est nécessaire au traitement du signal de bas niveau). Cet instrument fournit donc des données dans 15 bandes, qui sont cependant programmables en position et en largeur spectrales, de même qu'en gain. En pratique, ces caractéristiques techniques sont effectivement fixes pour permettre un grand nombre d'applications systématiques ou opérationnelles.

La résolution spatiale intrinsèque des détecteurs assure une distance horizontale, à la surface de la Terre, de l'ordre de 300 m entre les points successifs observés, et le concept du « pushbroom » évite les grosses distorsions typiques des instruments à balayage. Le champ de vision total de MERIS est de 68,5°, ce qui permet d'acquérir des données sur l'ensemble de la planète en trois jours au plus (dans les régions équatoriales). Les zones polaires sont visitées plus fréquemment à cause de la convergences des orbites.

L'objectif principal de MERIS est de mesurer la couleur de l'océan au large et dans les zones côtières. Ceci permet d'en déduire des informations telles que les concentrations de chlorophylle ou de sédiments en suspension dans l'eau. Ces mesures sont utilisées, entre autres, pour le suivi du cycle du carbone ou du régime thermique océanique, ou encore la gestion des pêcheries. L'étude des propriétés atmosphériques (absorption gazeuse et diffusion par les aérosols) est essentielle pour obtenir des informations fiables sur les océans, parce qu'elles contribuent à la majeure partie du signal observé (par ciel clair) ou tout simplement parce que les nuages empêchent d'observer la surface. Enfin, cet instrument est également très utile pour suivre l'évolution des propriétés biogéophysiques des environnements terrestres, telles que la fraction de radiation solaire effectivement utilisée par les plantes dans les processus de photosynthèse, parmi bien d'autres[5].

AATSR (Advanced Along Track Scanning Radiometer) est un radiomètre passif qui vise à obtenir des mesures des émissions en provenance de la surface de la Terre dans les domaines visible et infrarouge. Grâce au double angle de prise de vue de cet instrument, il est possible de réaliser des corrections très précises des effets de l'atmosphère sur la propagation des émissions terrestres. Successeur des instruments ATSR1 et ATSR2, embarqués respectivement sur ERS-1 et ERS-2, AATSR permet de réaliser des mesures de température de la surface de la mer à 0,3 K près, pour la recherche climatologique. Parmi les objectifs secondaires de l'AATSR figurent l'observation de paramètres environnementaux tels que la teneur en eau, la biomasse, la santé et la croissance de la végétation[6].

GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars) utilise le principe de l'occultation stellaire. Il collecte sur ses détecteurs la lumière d’une étoile traversant l’atmosphère terrestre et en déduit l’extinction de cette lumière par des gaz à l’état de trace (O₃, NO₂, NO₃, O₂, H₂O, OClO) et par les aérosols présents entre environ 15 et 80 km d’altitude avec une résolution de 3 km[7]

Le fonctionnement du spectromètre SCIAMACHY.

SCIAMACHY (SCanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CartograpHY) est un spectromètre imageur dont l'objectif principal est de cartographier les concentrations des gaz traces et des aérosols dans la troposphère et la stratosphère. Les rayonnements solaires transmis, rétrodiffusés et réfléchis par l'atmosphère sont enregistrés avec une haute résolution spectrale (0,2 à 0,5 nm) de 240 à 1 700 nm, et dans certaines régions spectrales entre 2 000 et 2 400 nm. La haute résolution spectrale ainsi que la large gamme de longueur d'onde utilisée permettent la détection de plusieurs gaz traces malgré leurs faibles concentrations. Les longueurs d'onde utiles permettent également une détection efficace des aérosols et des nuages. SCIAMACHY utilise 3 différents modes de visée : au nadir (vers le sol), au limbe (à travers la couronne atmosphérique) et en occultation solaire ou lunaire[8].

MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding) est un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier qui fournit des profils de pression, de température et de gaz à l’état de traces (NO₂, N₂O, CH₄, HNO₃, O₃, H₂O) dans la stratosphère. Cet instrument fonctionne avec une résolution spectrale élevée et dans une bande spectrale étendue, ce qui permet d'avoir une couverture à l'échelle du globe en toutes saisons et un fonctionnement de qualité identique de jour comme de nuit. MIPAS a une résolution verticale de 3 à 5 km dépendant de l’altitude (résolution de 5 km au niveau de la haute stratosphère)[9].

RA-2 (Radar Altimeter-2) est un altimètre radar qui détermine la distance entre le satellite et le sol ou la surface des océans. L'instrument dérive de celui installé sur les satellites ERS-1 et ERS-2. Les données qu'il fournit - délai de réflexion de l'onde radar, puissance réfléchie et forme de l'onde réfléchie - sont également utilisés pour :

• déterminer la vitesse du vent et la hauteur des vagues d'une certaine importance.
• cartographier et surveiller la glace de mer et la banquise polaire.
• déterminer les caractéristiques de la surface et les formations géologiques.

Pour effectuer ces mesures le radar opère en bande Ku (13,575 GHz). Une deuxième émission en bande S (3,2 GHz) permet de corriger les fluctuations introduites par l'ionosphère[10].

Le radar à synthèse d'ouverture ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar) est un radar en bande C capable d'opérer dans une large variété de modes. Il assure la continuité des missions ERS-1 et ERS-2, tout en ajoutant de nombreuses fonctionnalités telles que les observations dans différentes polarisation ou combinaison de polarisations, différents angles d'incidence et différentes résolutions spatiales.

Ces différents types d'acquisition sont accessibles à plusieurs niveaux de traitement (suffixe ajouté à l'identifiant du mode d'acquisition, i.e. IMP, APS, etc.) :

• RAW (données brutes, ou de niveau 0), qui contiennent toutes les informations nécessaires à la création des images.
• S (données complexes, Single Look Complex), images sous forme complexe, partie réelle et imaginaire du signal de sortie du processus de compression.
• P (image précision), image d'amplitude améliorée en radiométrie à taille de pixel constante (12,5 m pour IMP).
• M (image précision moyenne), image d'amplitude améliorée en radiométrie et à résolution plus grossière qu'en mode précision.
• G (image géocodée), image d'amplitude à laquelle est appliquée une transformation géographique simple sans prise en compte des effets du relief.

Les acquisitions en mode vague (WV) sont particulières en cela qu'elles sont constituées d'une série d'images de 5 km par 5 km espacées de 100 km[11].

MWR (MicroWave Radiometer) est un radiomètre émettant dans la bande des micro-ondes chargé de mesurer la quantité de vapeur d'eau et d'eau en suspension dans l'atmosphère. Ces informations sont utilisées pour corriger les résultats fournis par le radar ASAR. Elles sont exploitées directement pour déterminer l'émissivité de la surface et l'humidité des sols : ces données contribuent à déterminer le bilan énergétique de la surface pour les recherches portant sur l'atmosphère ; elles permettent également de déterminer les caractéristiques des glaces[12].

Le 8 avril 2012, le contact avec le satellite est subitement perdu sans qu'aucune explication ne soit trouvée[17]. Si son orbite reste stable, les tentatives de rétablir le contact restent infructueuses. Le 15 avril, le CNES fait photographier ENVISAT par le satellite Pléiades mais aucune anomalie visible n'est détectée[18]. Le 9 mai, n'ayant pu rétablir le contact avec le satellite, l'Agence spatiale européenne déclare la mission terminée tout en décidant de poursuivre les tentatives pendant deux mois supplémentaires[19]. Ces tentatives sont restées infructueuses.

ENVISAT est en 2019 le plus gros débris spatial en orbite autour de la Terre[20]. À cause de son altitude de 768 km[21], il doit rester en orbite pendant au moins 100 ans. Cette situation est problématique du fait du nombre de débris élevé qui résulterait d'une collision entre ENVISAT et tout autre objet en orbite.

Au cours du 63^e congrès international d'astronautique de Naples en octobre 2012, Martha Mejia-Kaiser — membre de l'Institut international de droit spatial (IISL) — tient une conférence mettant en cause l'Agence spatiale européenne (ESA) pour avoir négligé d'abaisser l'orbite d'ENVISAT avant la perte de contrôle, alors qu'il avait largement dépassé sa durée de vie initiale[22]. En effet l'Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC) recommande depuis 2002 de prévoir, pour tout satellite en orbite terrestre basse, un retour dans l'atmosphère en moins de 25 années[20]. Ces dispositions sont avalisées en 2007 par le Comité des Nations unies pour l'utilisation pacifique de l'espace extra-atmosphérique (United Nations Committee on the Peaceful Uses of Outer Space - COPUOS)[23] et l'Agence spatiale européenne s'engage à les appliquer dès l'année suivante[21].

Cependant ENVISAT a été conçu au cours des années 1987 à 1990 et à cette époque la gestion des débris spatiaux était considérée comme un problème mineur. Pour obtenir la désorbitation en moins de 25 ans, l'orbite en fin de vie aurait dû être abaissée à moins de 600 km. Malheureusement le satellite, dès sa mise en orbite, ne disposait pas de réserves d'ergols suffisantes pour réaliser cette manœuvre orbitale[21].

L'Agence spatiale européenne étudie la faisabilité d'une mission de désorbitation d'ENVISAT depuis 2013. Son coût est estimé à 300 millions d'euros[24].

• (en) Description ENVISAT et sa mission, ESA, 2001 (lire en ligne)
• (en) ENVISAT sur le portail des missions d'observation de la Terre EO Portal

• MetOp
• Sentinel

• (en) ENVISAT sur le site de l'ESA
• (en) Manuel pour les données d'ENVISAT
• Dossier ENVISAT : 10 ans de recherche climatique et environnementale sur le site Astrium