Programme METEOSAT

Transcription de la conférence donnée par Pierre Morel, ancien directeur des programmes du Centre national d’études spatiales (CNES), lors du diner débat organisé par l’IFHE le 5 avril 2001 dans les salons de l’Aéro-club de France à Paris.

1 – LA GENESE D’UNE IDEE

L’idée du projet METEOSAT m’est venue à Mildura, une station météorologique dans le désert australien, aux alentours de Noël 1968, alors que les collègues du Laboratoire de Météorologique Dynamique (du CNRS) et moi-même étions engagés dans la dernière campagne de lancement de ballons plafonnants préliminaire au projet EOLE.

Pour comprendre la genèse de cette idée, il est nécessaire de faire un retour en arrière de quelques années. Au milieu des années 1960, le Professeur Verner Suomi de l’Université du Wisconsin avait eut l’idée lumineuse de placer un petit télescope de 6” (environ 15cm) d’ouverture sur un énorme satellite technologique de la NASA, en cours de construction par les ingénieurs du Goddard Space Flight Center pour tester nombre d’équipements expérimentaux destinés aux futurs relais de télécommunication en orbite géostationnaire. Tout le monde a depuis longtemps oublié l’impact de ce gros satellite expérimental spinné (stabilisé par rotation) sur le développement des technologies de télécommunications spatiales. Pourtant cet “Advanced Technology Satellite”(ATS-1) est effectivement entré dans l’histoire en 1966 grâce au petit télescope installé au dernier moment par le Professeur Suomi.

A chaque rotation du corps du satellite (à raison de 100 tours par minutes), le télescope balayait une ligne à travers le disque de la Terre vu depuis l’orbite géosynchrone, à 36000 km de la surface de la planète. Il suffisait de décaler l’axe optique du télescope de 0,5 minute d’arc par tour pour balayer, ligne par ligne, toute la surface du disque, à la manière d’une caméra de télévision très lente (une image complète toutes les 20 minutes environ) mais à très haute définition (environ 2000 lignes) avec une précision à la fois radiométrique et géométrique réellement exceptionnelle. Depuis l’orbite géosynchrone, on obtient une vue totalement fixe de la surface de la Terre; les seuls mouvements apparents correspondent aux déplacements des masses nuageuses emportées par la circulation atmosphérique. En d’autres termes, ATS-1 et chacun de ses nombreux successeurs opérationnels fournissaient une vision cinématographique de la circulation atmosphérique sur 30-40% de la surface de la Terre.

L’expérience du Professeur Suomi était un succès immédiat en raison de son impact sur:

• L’observation des phénomènes météorologiques d’échelle moyenne (10 – 100km) dont le développement rapide cause des effets sévères (ouragans, lignes de grains, tornades).
• L’étude de la circulation générale de l’atmosphère, particulièrement dans les tropiques, les nuages jouant le rôle de traceurs de l’écoulement atmosphérique.

A la même époque, j’étais engagé dans la réalisation d’un projet de mission spatiale du CNES, en collaboration avec la NASA, visant également à étudier la circulation générale au moyen d’une flotille de 500 ballons flottant à une altitude pré-déterminée dans l’atmosphère. Chaque ballon est un traceur ponctuel quasiment parfait de l’écoulement horizontal. Les nuages, par contre, ne sont pas des traceurs parfaits, mais leur nombre quasiment infini offre un avantage essentiel: la capacité d’observer les vents presque partout et en permanence. Les satellites géosynchrones inspirés de ATS-1 offraient pour la première fois la possibilité de voir l’atmosphère en mouvement tout autour de la Terre, depuis les échelles les plus petites jusqu’à la dimension planétaire. Pourtant, les progrès étaient lents, même aux Etats-Unis.

Pour se replacer dans l’esprit de l’époque, il faut se rappeler que les techniques d’observation “conventionnelles” de la Veille Météorologique Mondiale (radiosondes, avions, stations terrestres et navires stationnaires) étaient de fait assez récentes, mises en oeuvre à grande échelle seulement depuis la seconde guerre mondiale. La communauté météorologique entrait dans une phase de consolidation, au terme d’un long travail de mise au point sérieux mais sans grande imagination. Au même moments, les “cow-boys” de l’exploration spatiale débarquent avec quantité d’idées mirobolantes pour observer la planète à partir de plate-formes orbitales ouvrant une période d’innovation galopante et d’expansion chaotique que l’ont associe généralement aux découvertes scientifiques. L’innovation de Suomi et le concept d’un satellite météorologique Européen doivent être perçus dans ce contexte.

Bien que fort ignorant des sciences et techniques météorologiques de l’époque, j’avais reçu du CNES la responsabilité scientifique du projet EOLE et, par ricochet, la responsabilité de représenter la recherche météorologique française dans les instances scientifiques internationales, notamment le conseil scientifique du Global Atmospheric Research Program (GARP), un immense effort international pour étudier la dynamique de l’atmosphère planétaire et appliquer ces connaissances à la prévision numérique du temps à l’échelle globale.

Au sein du GARP, je représentais au côté du Professeur Suomi le point de vue de l’observation spatiale. J’étais exactement informé des dernières percées scientifiques aussi bien que des projets formés par les météorologues américains de lancer deux observatoires opérationnels en orbite géosynchrone couvrant le territoire des Etats-Unis et ses abords océaniques (effectivement mis sur orbite, sous la dénomination SMS-1 et 2, en 1974 et 1975). Au minimum, deux satellites géostationnaires supplémentaires étaient nécessaires pour compléter la couverture mondiale, en supplément des observations précises mais peu fréquentes des satellites polaires de la série TIROS. Il était donc facile d’imaginer le rôle que pourrait jouer l’Europe en participant à ce nouveau réseau mondial de satellites d’observation en orbite géosynchrone.

D’où mon initiative, fondée sur trois idées directrices:

• Premièrement, l’intérêt scientifique personnel; il devait bien exister un moyen plus simple, pour obtenir des information sur la circulation atmosphérique à grande échelle, que celui de lancer des ballons flasques et fragiles sous un soleil de plomb!
• Deuxièmement, la GARP avait besoin d’une initiative européenne pour réaliser le système d’observation planétaire indispensable à son ambitieux projet de prévision numérique du temps à l’échelle mondiale.
• Enfin, une agence spatiale telle que le CNES ne pouvait se contenter de fournir des résultats confidentiels de caractère purement scientifique; pour jouir d’un rôle reconnu dans la communauté nationale, une agence spatiale devait se donner les moyens de devenir une source unique d’images d’intérêt général, compréhensibles par tous et de préférence accessible à la Télévision.

Le projet METEOSAT remplissait ces trois objectifs d’une manière idéale en proposant au CNES de développer et mettre en oeuvre le premier système d’observation météorologique couvrant à la fois l’Europe, l’Afrique et le Moyen-Orient.

2 – LA REPONSE NATIONALE

Evidemment sensibles à la portée politique et pratique du projet, le CNES et la communauté scientifique nationale (presque unanime) donnaient une réponse immédiatement très positive. A cette époque, les processus de décision n’avaient pas atteint le niveau de perfectionnement auquel nous sommes maintenant habitués: Il était encore possible à quelques personnes informées (particulièrement celles qui constituaient le comité de direction du CNES) de prendre des décisions efficaces et rapides. Restaient à surmonter les réserves de certains, notamment celles des chercheurs de la Direction de la Météorologie Nationale (DMN).

Il faut savoir qu’à cette époque la DMN avait, depuis plusieurs années, mis sur pied un service fort actif de Météorologie Spatiale au sein de son Etablissement d’Etudes et de Recherche. Ce Service assurait déjà la réception opérationnelle des images des satellites TIROS, et se livrait à différentes études, notamment l’élaboration de projets spatiaux originaux comme le fameux projet de satellite CONDOR – Connaissance des Orages – fondé sur la détection radioélectrique des éclairs associés aux orages d’échelle moyenne (Un projet similaire en son principe mais fondé sur l’observation optique des éclairs devait en fin de compte être réalisé en 1998 sur le satellite TRMM de la NASA et la NASDA). CONDOR était le projet concurrent opposé à METEOSAT par les chercheurs de la DMN. Le CNES disposait rapidement de cet obstacle en conduisant un sondage d’opinion qui donnait tout son poids aux préférences du service de prévision opérationnelle de la DMN, favorable au projet METEOSAT qui apparaissait plus significatif à leurs yeux que les concepts scientifiques de leurs collègues.

Très rapidement, le projet METEOSAT bénéficiait d’un soutien ferme de l’agence spatiale nationale. Le CNES donnait les moyens de mener à bien les études de conception du système et le développement industriel du prototype du radiomètre-imageur qui devait remplacer le télescope de Suomi. Il suffit de dire que cette démarche décisive et audacieuse fut couronnée de succès: en quelques mois, nous avions en main un concept totalement original du système METEOSAT et le dessin, également original, d’un instrument qui remplissait le même rôle que le radiomètre sensiblement plus compliqué et plus lourd construit par Hughes Aerospace pour les satellites SMS/GOES américains.

3 – L’EUROPEANISATION

Malgré le caractère exploratoire de la météorologie spatiale (caractère qui persiste à ce jour: vingt années après le premier GOES, on découvre encore des phénomènes atmosphériques inattendus), le Président du CNES jugeait que la mission d’étude de l’agence spatiale nationale était incompatible avec la mise en oeuvre d’un système d’observation à caractère opérationnel. Il lui apparu essentiel que non seulement la DMN, mais aussi les services météorologiques des autres nations européennes partenaires de la France, prennent une responsabilité importante dans la réalisation du projet afin d’en faire un outil efficace pour leur mission propre. Il décidait que la voie la plus appropriée pour assurer l’avenir opérationnel de METEOSAT était d’en faire, d’entrée de jeu, un projet européen. Nous reçûmes donc le mandat d’européaniser la réalisation du projet METEOSAT, confiée à la nouvelle Agence Spatiale Européenne (ASE) dans le cadre du “package deal” initial sur lequel était fondé la création de cette agence. Vingt ans après, la sagesse de cette décision parait aller de soi, considérant le succès de l’organisation EUMETSAT créée spécialement par les services météorologiques européens pour gérer l’exploitation du système METEOSAT et en assurer le fonctionnement opérationnel.

En réalité, le choix d’européaniser le projet METEOSAT était loin d’être évident et allait à l’encontre du sentiment de toute l’équipe française qui avait participé aux premiers travaux concrets.

Premièrement, d’un point vue philosophique si l’on veut, on pouvait mettre en question la distinction instituée entre l’ innovation scientifique convenant aux projets nationaux menés par le CNES et mise en œuvre systématique exigeant la participation effective d’une organisation opérationnelle, telle qu’un consortium de services météorologiques européens. A ce jour, cette distinction demeure difficile à gérer et la transition d’un domaine à l’autre problématique, notamment aux Etats-Unis si l’on en juge par les relations compliquées entre la NASA et la NOAA pour la réalisation des satellites d’observation de l’environnement. Par exemple, le système opérationnel de collecte de données ARGOS, mis en oeuvre sur les satellites opérationnels de la NOAA, demeure totalement géré par le CNES. De même le réseau sismique national, qui surveille de manière systématique les vibrations de l’écorce terrestre, est géré par l’Institut National des Sciences de l’Univers au sein du CNRS.

Aux Etats-Unis les exemples de transition délicates du domaine de la recherche au régime opérationnel abondent également. Ainsi, la surveillance systématique du rayonnement solaire est poursuivie depuis plus de vingt ans grâce à une succession de missions spatiales commanditées principalement par la NASA; la NOAA ne prendra part à cette mission de surveillance qu’à partir de 2010 avec une nouvelle génération de satellites polaires (NPOESS). D’un autre côté, les organismes opérationnels NOAA et EUMETSAT ont accepté de prendre progressivement en charge la mise en oeuvre des satellites d’observation océanique JASON.

Deuxièmement, en transférant à l’ASE la réalisation du programme METEOSAT, l’agence nationale perdait l’avantage du rôle de pionnier pour la fourniture d’imagerie spatiale d’intérêt public. De fait, le CNES ne s’est jamais résigné à ce choix et n’a pas manqué de réaliser et mettre en oeuvre son propre système d’observation spatiale de la Terre SPOT.

Troisièmement, l’européanisation ne pouvait manquer de compliquer la réalisation de METEOSAT et causer un sérieux affaiblissement dans la direction scientifique du projet. En un mot, le cadre européen imposait de remplacer un expert scientifique et technique unique, éclairé par une connaissance détaillée des réalisations américaines similaires, par un comité de personnes de bonne volonté issues de services météorologiques traditionnels qui n’avaient jusqu’alors accordé qu’une attention minime aux observations spatiales. Le poids de cette relative incompétence s’est effectivement fait sentir dans la conception des opérations au sol: l’ensemble de l’architecture conçue par l’ASE avec l’aval du “comité scientifique et technique” METEOSAT dut être remplacée par EUMETSAT lors du passage effectif à l’exploitation opérationnelle. Mais fort heureusement, les principaux choix de conception du segment spatial étaient quasiment figés en raison de l’avance prise par le projet national; il était difficile aux ingénieurs de l’ASE de revenir sur ces choix sans mettre en cause de manière catastrophique le calendrier de réalisation du projet (la date du lancement était rendue impérative par le désir des services européens de participer avec une contribution majeure à l’”Expérience Météorologique Mondiale” planifiée par le GARP en 1979).

Mais nous allons trop vite: avant même d’envisager la réalisation de METEOSAT dans le cadre de l’ASE, il fallait d’abord recueillir l’adhésion des futurs utilisateurs et les convaincre de l’intérêt d’un observatoire géosynchrone, qui pouvait apparaître problématique aux météorologues nordiques… De fait, les “européens” n’étaient pas resté inactifs et, dans les derniers mois de son existence, la European Space Research Organization (ESRO) avait élaboré son propre projet de satellite météorologique, conforme aux meilleures règles de l’art pour l’optimisation d’un projet communautaire:

• Pas d’originalité excessive: on proposait de construire à moindre frais une réplique européenne des satellites TIROS américains, fournissant précisément le même type d’observation.
• Charge utile à instruments multiples (contrairement à METEOSAT qui embarquait un radiomètre unique) afin de donner une part du projet à chacun des protagonistes principaux: un sondeur atmosphérique qui serait réalisé par le Rutherford Laboratory en Grande-Bretagne, un imageur dont la réalisation serait confié aux ingénieurs allemands du DFVLR (DLR de nos jours), et un système de collecte de données ARGOS fourni par le CNES.
• Orbite polaire pour satisfaire les météorologues nordiques.
• Patronage scientifique indiscutable dispensé par les météorologues britanniques considérés par définition comme les meilleurs d’Europe, sinon du monde (Il faut dire que le projet de l’ESRO avait originellement été conçu par les scientifiques britanniques mais ne pouvait être financé par la Grande-Bretagne seule).

 Suivant une procédure qui a fait ses preuves, la campagne de l’ESRO pour avancer son propre projet commençait par une démarche classique: obtenir l’adhésion d’un “groupe d’experts” provenant des différents pays membres mais sans mandat national particulier, à la diligence d’un président favorable aux idées de l’agence. Ce scénario devait se dérouler à Stockholm d’une manière tout à fait canonique:

• Invitation et introduction diplomatique par l’hôte suédois, le Professeur Bert Bolin, précédemment Directeur Scientifique de l’ESRO.
• Matinée consacrée aux présentation par les scientifiques invités, préfigurant la distribution des rôles prédéterminée par l’organisation.
• Après un déjeuner fort agréable, entrée impériale du Directeur Général de l’ESRO (Dr, Hermann Bondi, un astronome britannique) et du Directeur Général du service météorologique britannique (Dr. John Mason) pour annoncer le projet retenu par l’organisation européenne.
• Confrontation avec la délégation française (Adelin Villevielle de la DMN et moi-même) qui avait un agenda différent et défendait le projet METEOSAT, confrontation qui devait se prolonger sans conclusion jusqu’au soir.
• Consensus “européen” (sans la France) en faveur du projet de l’ESRO, la délégation française renonçant à participer aux festivités de clôture afin de rédiger une opinion minoritaire en faveur de METEOSAT.

Ces péripéties, une simple escarmouche déclenchée par une organisation bientôt remplacée par l’ASE, n’auraient eu qu’un intérêt anecdotique si elles n’éclairaient un état d’esprit fréquemment rencontré dans les activités spatiales communautaires de cette époque. Mais pendant cette période de transition, mes collègues internationaux et moi-même faisions le siège des météorologues européens, particulièrement le Service Météorologique du Royaume Unis, pour qu’ils adoptent la vision d’un système d’observation planétaire développée au sein du GARP, de préférence à la multiplication d’initiatives régionales sans envergure et sans lendemain. Le Professeur Mason devait être l’un des premiers à se rallier à cette perspective mondiale et devenir notre meilleur allié pour défendre l’intégrité du projet METEOSAT au sein de l’ASE. John Mason fût notamment un défenseur efficace du “troisième canal”, une innovation développée dans le cadre du programme français pour donner à METEOSAT la capacité de détecter sélectivement le rayonnement émis par la vapeur d’eau dans la haute troposphère (préfigurant les “sondeurs-imageurs” qui équipent actuellement les GOES américains).

4 – LE BILAN

Je me suis efforcé de présenter ci-dessus un compte-rendu fidèle et équilibré des péripéties qui ont conduit à la réalisation METEOSAT dans un cadre européen. Comme on peut l’imaginer, ce choix fait par Jean-François Denisse d’ “européaniser” le projet n’était pas évident, offrant des avantages en même temps que des inconvénients réels. En fin de compte, on peut affirmer que le bilan est largement positif. On retiendra particulièrement:

• Le soutien ferme et constructif des responsables européens, particulièrement celui du Professeur Mason, qui ont su voir dans le projet METEOSAT le germe d’une stratégie mondiale pour le développement de la météorologie spatiale.
• Un grand progrès conceptuel des météorologistes européens associés à la direction du programme METEOSAT, où ils acquirent la confiance et le savoir-faire nécessaire pour concevoir et organiser les futurs programmes opérationnels d’observation de la Terre METEOSAT
• Seconde Génération et METOP. Le Directeur Général actuel de l’organisation EUMETSAT, le Dr. Tillmann Mohr, fit ses premières armes comme membre junior de la délégation du service météorologique allemand au conseil scientifique et technique du programme.
• Des relations de travail particulièrement confiantes et productive avec une équipe de projet européenne de tout premier ordre, mise en place par l’ASE au sein du Centre Spatial de Toulouse et dirigée par un homme d’élite, Dieter Lennertz.
• Transition sans hiatus à la phase opérationnelle sous les auspices d’une nouvelle agence intergouvernementale européenne EUMETSAT, spécialement créée pour gérer et mettre en oeuvre METEOSAT, et engagement efficace des services européens dans la météorologie spatiale.

Malgré les cahots et quelques frustrations personnelles, la réalisation du programme METEOSAT par l’Agence Spatiale Européenne a été exemplaire et a effectivement conduit au succès, non seulement de la première mission expérimentale en 1979, mais aussi à la réalisation et au déploiement d’un système opérationnel qui, au moins pendant quelques mois, fit l’envie de tous, y compris des Américains. (Un satellite METEOSAT de secours fût déployé au dessus de l’Atlantique pour pallier la défaillance temporaire des engins américains pour cause de retard du lancement d’une nouvelle génération de satellite GOES en 1994). C’est ce dernier point que nous retiendrons: le succès de la gestion européenne d’un grand programme opérationnel et la mutation profonde qui en résultait pour les services météorologiques européens.