Sentinel-3

OLCI (Ocean and Land Color Instrument) est un instrument optique destiné à mesurer dans différentes bandes spectrales (appelées plus communément dans le contexte couleurs) des océans et des Terres émergées pour assurer notamment une surveillance de l’état des océans (courant, vie marine…) et des zones côtières (pollution, courant…). Cet instrument permettra une meilleure prévision des changements et une meilleure gestion de ses ressources. C’est une version évoluée du spectromètre imageur MERIS qui volait sur le satellite d'observation de la Terre européen Envisat. Il assure donc la continuité des données, avec cependant, des performances supérieures. Il en aura la même résolution (300 m) mais sa fauchée est plus large (1 250 km) et il est capable de distinguer 21 couleurs , contre 15 pour MERIS. Au-dessus des Terres, ces données permettront aux scientifiques de déterminer des paramètres géophysiques de la surface, de classifier des zones (par exemple forêt, désert, zone brûlée, cultivée, inondée etc.) et d'en surveiller leur étendue et leur évolution. Au-dessus des mers, la mesure de la couleur permet de déterminer la présence de certains constituants, comme la concentration en plancton, la présence de chlorophylle dans l'eau, le transport de sédiments, la présence de pollution et d'autres paramètres encore[4] - [5].

OLCI est un spectromètre imageur avec un champ de vue qui s'étend sur 68,6 degrés, transversalement à la trace au sol du satellite. Il est couvert par 5 caméras élémentaires qui sont disposées en éventail dans un plan vertical perpendiculaire au vecteur vitesse du satellite (à la direction de déplacement du satellite). Chaque caméra à un champ de vue de 14,2 degrés.Les 6 bandes supplémentaires d’OLCI, réparties dans toute la bande spectrale entre 390 et 1040 nm, permettront d’améliorer la qualité des mesures en apportant des corrections atmosphériques plus fines. À la différence de MERIS, le champ de vue d’OLCI est décalé vers l’ouest de 12,6 degrés de façon à éviter les phénomènes de réflexion du Soleil sur la mer, qui perturbent beaucoup les images d’Envisat[4] - [5].

SLSTR (Sea and Land Surface Temperature Radiometer) est un deuxième instrument optique destiné à la mesure de la température de surface des océans et des Terres émergées. Cet instrument surveillera l’impact de l’évolution du climat sur la température des océans et améliorera les prévisions météorologiques grâce à une meilleure compréhension du couplage océan/atmosphère. La mise en commun des données récoltées par ces 2 instruments permettra une surveillance globale de la végétation afin de définir son état et mieux gérer son développement. Cette mission avait été initiée par l’instrument Végétation, installé sur des satellites SPOT développé par Aerospatiale, maintenant, Thales Alenia Space, dans les années 1990[6]. Il s’agit d’une version évoluée du radiomètre AATSR qui volait sur Envisat[4] - [5].

SLSTR est un radiomètre infrarouge à double visée. Son rôle est de mesurer avec une très grande précision la température de surface des océans et des Terres émergées. Il a une fauchée très large de 1 400 kilomètres et peut couvrir la Terre en à peu près 2 jours. Il peut obtenir une cartographie des températures de l'océan avec une précision extrême de 0,1 degré. SLSTR regarde sous le satellite et à l'arrière. La même zone est ainsi observée sous deux angles différents ce qui permet aux scientifiques - en combinant les deux images - de corriger les effets perturbateurs de l'atmosphère et d'obtenir des mesures très précises de la température. Ces mesures continues et couvrant l'ensemble des océans, sont alors utilisées par les météorologues et les climatologues dans leurs prévisions à court ou long terme. SLSTR comporte 9 canaux dans le visible et l’infrarouge (3 dans le visible et le proche infrarouge, 3 dans l’infrarouge SW et 3 dans l’infrarouge MW). C’est deux de plus que pour l’AATSR qui en comporte 7. L’ensemble des bandes spectrales couvrent le domaine de 0,556 µm à 12,5 µm. De façon à garantir l’exactitude des mesures radiométriques, les détecteurs infrarouges de SLSTR seront refroidis en permanence de façon que leur température reste stable à quelque 80 kelvins[4] - [5]..

SRAL (Sar Radar Altimeter) est un radar altimètre, l’instrument principal de la mission topographique de Sentinel-3 dont l’objectif est de fournir des données opérationnelles non seulement sur le plein océan mais aussi sur les zones côtières, les glaces ou encore sur les eaux continentales comme les lacs et rivières[7].

SRAL est une version évoluée d’altimètre qui intègre la plupart des fonctionnalités de SIRAL-2, l'instrument scientifique principal du satellite CryoSat-2 lancé en 2010 et de l'altimètre Poséidon-3 embarqué sur le satellite Jason-2. Il intègre notamment le mode « SAR – haute résolution » de SIRAL-2 ainsi que les derniers algorithmes de poursuite de terrain dits « en boucle ouverte » de Poseidon-3 ce qui lui confère une grande souplesse d’emploi et autorise une augmentation significative des zones accessibles à la mesure. À l’image de Poseidon-3, le SRAL est bi-fréquence : il émet séquentiellement des impulsions en bande Ku et en bande C ce qui permet d’estimer le retard de propagation des ondes radiofréquences dans l’ionosphère et d’améliorer ainsi la connaissance des distances. L'instrument utilise une antenne parabolique fixe de 1,2 mètre de diamètre qui fournit un gain de 41,5 dBi en bande Ka et de 31,6 dBi en bande C. L'instrument a une masse de 62 kg[4] - [5]..

Son rôle est de déterminer avec une très grande précision la distance entre le satellite et la surface d’intérêt, afin de déduire la hauteur (ou la variation de hauteur) de cette dernière. À titre d’exemple, les variations locales de hauteurs des océans peuvent atteindre plusieurs mètres. La précision visée est de l’ordre du centimètre, ce qui représente une performance remarquable pour une mesure prise à partir d’une orbite à 815 km. Sur le long terme, l’analyse de ses données (calibrées, moyennées et comparées à celles issues d’autres missions…) va aussi permettre de mettre en évidence les évolutions du niveau moyen des mers voisines du millimètre ce qui en fait un outil particulièrement bien adapté au suivi de l’impact du réchauffement climatique. Cet instrument fournit également d'autres types de mesures, qui sont destinées aux météorologues, comme la hauteur des vagues ou l'intensité des vents à la surface de la mer de façon à améliorer la qualité des prédictions marines et à mieux anticiper les évolutions de certains phénomènes météorologiques extrêmes comme les cyclones tropicaux[4] - [5]..

MWR (Microwave Radiometer) est un radiomètre micro-onde fonctionnant sur les canaux 23,8 et 36,5 GHz en couvrant une bande spectrale de 200 MHZ dans chaque canal. L'instrument qui a une masse de 24,2 kg est fourni par Airbus DS-CASA Espacio (Madrid). La fonction du radiomètre consiste à mesurer la quantité d'eau dans l'atmosphère traversée par les échos radar de SRAL et d’apporter une correction à ces mesures. En effet, la vapeur d'eau ou l’eau en suspension dans l’atmosphère, ralentit les ondes électromagnétiques. Ce phénomène peut être interprété comme un rallongement de la distance entre le satellite et la surface et donc dégrader la précision des mesures de l’altimètre, ce qui est évité avec le MWR. De telles corrections sont seulement possibles au-dessus de l’océan, car le bruit de fond y est stable, ce qui constitue une condition nécessaire pour la mesure du bruit émis par l’atmosphère et liée à la quantité d’eau. A contrario, au-dessus des surfaces de glace et de terre où les mesures de MWR ne peuvent pas être employées, les corrections seront basées sur des modèles et des données météorologiques globales de l’humidité atmosphérique[4] - [5]..

Cet instrument permet de mesurer la topographie de la surface des océans avec un niveau de qualité équivalent aux données fournies par les altimètres à bord d’Envisat. La mission couvrira également une topographie des glaces et de la surface des océans aux abords des zones côtières. Ces mesures permettront en outre de mieux surveiller l’impact des changements climatiques (fonte des glaces, montée du niveau de la mer…), d’améliorer la sécurité maritime ainsi que les prévisions météorologiques par une meilleure compréhension du couplage océan/atmosphère. Compte tenu de la largeur limitée du champ de prise de vues, le deuxième satellite de la série Sentinel-3B, est utilisé pour disposer de la couverture du globe en deux jours au lieu de quatre[4] - [5]..

Les satellites Sentinel_3 sont réalisés par Thales Alenia Space[8], dans l'établissement de Cannes, à la suite d'un contrat de 305 M€[9], signé le 14 avril 2008 pour une mission d'océanographie ainsi que de surveillance de la végétation sur les terres émergées, un lancement prévu en 2013/2014[10] - [11]; et 2016 pour Sentinel-3B avec Vega[12]. Fin 2009 Thales Alenia Space et l’Agence Spatiale Européenne finalisent le cadre contractuel de la phase C/D. La date de la « revue finale d’acceptation » (le satellite déclaré prêt pour le lancement) est fixée à décembre 2012 pour un lancement prévu au premier semestre 2013, en fonction notamment de la disponibilité du lanceur Vega. Les revues de définition préliminaire des différents éléments du satellite (la plateforme, les équipements, les instruments) sont terminées, ainsi que les premières revues de définition détaillée de certains équipements du satellite. Celles des instruments auront lieu courant 2010[13].

Dans le cadre du programme GMES (Global Monitoring for Environment and Security), un contrat est attribué à Thales Alenia Space en décembre 2009, pour un montant estimé à 270 millions d’euros, par l’Agence spatiale européenne (ESA) pour la réalisation d'un deuxième exemplaire (Sentinel-3B) ainsi que de Sentinel-1B. La réalisation de Sentinel-3B sur ses sites français et italien débute en mars 2010[14]. En avril 2010, CLS (Collecte Localisation Satellites) est choisie par Thales Alenia Space pour expertiser la partie altimétrique de la mission. CLS sera chargée de la définition et du prototypage des algorithmes de traitement des instruments associées à cette mission principalement les deux instruments micro-ondes de la charge utile topographique (SRAL et MWR)[15]. En avril 2010 également, ACRI-ST[16], une société de R&D basée à Sophia Antipolis est retenue pour l’expertise couleur et surface de la mission, de la définition des algorithmes de traitement de OLCI et le prototypage de tous les algorithmes de deux instruments optiques (OLCI et SLSTR)[17].

En février 2016 l'Agence spatiale européenne passe commande auprès de Thales Alenia Space de deux nouveaux exemplaires du satellite pour un montant de 450 millions €. Ces deux exemplaires doivent prendre la suite des satellites en cours de réalisation de manière à assurer la continuité du programme Copernicus jusqu'en 2030[18].

Sentinel-3A est lancé le 16 février 2016 à 17h57 GMT par la fusée Rockot depuis le cosmodrome de Plessetsk. Sentinel-3B est placé en orbite le 25 avril 2018 par un lanceur Rockot[19].

• (en) Mark R. Drinkwater & Helge Rebhan, Sentinel-3 : Mission Requirements Document, ESA, 19 février 2007, 67 p. (lire en ligne)
  Cahier des charges des satellites Sentinel-3
• (en) Craig Donlon, Sentinel-3 Mission Requirements Traceability Document (MRTD), ESA, février 2011, 234 p. (lire en ligne)
  Cahier des charges détaillé des satellites Sentinel-3
• (en) Craig Donlon, Sentinel-3 : ESA’s Global land and Ocean Mission for GMeS Operational services, ESA, octobre 2012, 98 p. (lire en ligne)
  Présentation détaillée de la mission, des équipements et des charges utiles des satellites Sentinel-3

• Copernicus (programme)
• Sentinel
• Agence spatiale européenne
• Centre spatial de Cannes - Mandelieu

• (en) Site officiel
• (en) Sentinel-3 sur le site EO Portal de l'ESA
• (en) Visualisation en temps réel des données Sentinel-3
• (en) Le projet myocean
• Voir Sentinel-3 sur le site CASPWiki