Dans le premier numéro des HD Sciences, la technologie HD Rain avait été présentée dans son ensemble. Nous avions alors vu comment les satellites géostationnaires de télévision étaient détournés de leur objectif premier afin d'obtenir des mesures et des prévisions de précipitations sous forme de carte de pluie.
Aujourd'hui nous détaillerons ce qu'il se passe au niveau des satellites de télévision qui transmettent le signal électromagnétique analysé par les stations HD Rain, les RainBox.
Actuellement HD Rain vise des satellites TV géostationnaires, c'est-à-dire fixes par rapport à un observateur sur Terre (cf figure 1). Les lois de la mécanique permettent d'affirmer qu'il existe une et une seule altitude pour que le satellite soit géostationnaire, h = 35 784 km (voir annexes 1 et 2 pour les détails des calculs).
En tout, 402 satellites géostationnaires gravitent au-dessus de l'équateur (cf figure 2). L'orbite géostationnaire pourrait en accueillir 1800. Tous ces satellites assurent une couverture mondiale. Autrement dit, quelle que soit la région du monde, il existe un satellite TV que l'on peut pointer avec une station HD Rain et ainsi où l'on peut fournir des mesures et des prévisions de précipitations.
Le grand intérêt des satellites géostationnaires est qu'ils sont fixes par rapport à un observateur sur Terre, ce qui simplifie l'installation et l'analyse des données. En effet, la parabole est pointée une fois pour toute et reste fixe. Aussi, les données mesurées par un satellite nous donnent des informations sur une ligne entre la parabole et le satellite qui reste la même au cours du temps. Pour résumer, l'avantage de viser des satellites géostationnaires est la simplicité ; simplicité d'installation et simplicité dans le traitement des données.
Malheureusement, derrière cette simplicité se cache une limite. Chaque capteur nous donne uniquement des informations sur une ligne d'atmosphère. Cependant, cet inconvénient est contrebalancé par l'installation d'un réseau de capteurs qui nous permet de tirer profit des corrélations entre les différentes mesures pour obtenir des données en dehors des liens station-satellite (ce qui fera l'objet d'un article à part).
Le projet Starlink de SpaceX vise le lancement de quelques 12 000 satellites d'ici 2025 en orbite basse (entre 500km et 1200km). À une altitude aussi faible par rapport aux 36 000km des géostationnaires, les satellites ont une vitesse beaucoup plus importante, ils sont dits défilants. Une antenne motorisée permet de suivre un satellite (ou dans le cas de Starlink une antenne à balayage électronique). Dès que le satellite visé devient hors de portée, cette même antenne permet de récupérer le signal en suivant un autre de ces satellites, et ainsi de suite. L'information devient alors beaucoup plus riche, car une seule station permet de balayer une partie du ciel bien plus vaste qu'une simple ligne.
Actuellement nous utilisons seulement les satellites géostationnaires de télévision. Ils émettent un signal électromagnétique dit en bande basse (entre 10.7GHz et 11.7GHz) et en bande haute (entre 11.7GHz et 12.7GHz) dans une polarisation verticale ou horizontale (aussi circulaire gauche ou circulaire droite).
En polarisation verticale, l'onde oscille à une fréquence donnée (dans notre cas entre 10.7GHz et 12.7GHz) dans le même plan que la direction de propagation. En polarisation horizontale, elle oscille dans un plan perpendiculaire au plan de propagation. (cf figure 3)
Au total, un même satellite émet quatre ondes distinctes (bande basse polarisation verticale, bande basse polarisation horizontale, bande haute polarisation verticale et bande haute polarisation horizontale). Chacune interfère avec l'environnement dans lequel elle se propage avant d'être mesurée par la RainBox pour fournir une information sur la pluviométrie.
Un analyseur de champ électromagnétique permet de décortiquer l'onde incidente et d'obtenir son spectre (cf figure 4). Celui-ci laisse apparaître plusieurs pics, chacun correspond à un transpondeur en charge d'envoyer un signal dans une gamme de fréquence restreinte (typiquement 40MHz soit 0.04GHz). Le signal émis par un transpondeur correspondant généralement à l'information d'une, voire plusieurs chaînes de télévision. Lorsqu'une RainBox mesure un des quatre signaux (bande basse polarisation verticale par exemple), elle mesure en réalité la moyenne de dizaines de signaux émis par des dizaines de transpondeurs
Les satellites de télévision représentent la source de donnée principale, à la base de la technologie HD Rain. Ils sont géostationnaires, c'est-à-dire fixes par rapport à un point à la surface de la Terre, ce qui facilite l'installation et le traitement des données, mais restreint la zone d'observation d'une station. Les lois de la mécanique imposent à l'orbite géostationnaire une altitude précise, approximativement égale à 36 000km.
Ils émettent quatre ondes électromagnétiques, en bande basse (entre 10.7GHz et 11.7GHz) ou en bande haute (entre 11.7GHz et 12.7GHz), polarisées verticalement ou horizontalement. Ces ondes sont mesurées par la RainBox après avoir interagi avec l'atmosphère, fournissant alors quatre informations complémentaires.
Chacune est en réalité la somme de plusieurs signaux émis par des transpondeurs. Ces derniers émettent l'information nécessaire pour recevoir une, voire plusieurs chaînes de télévision, dans une bande de fréquence de l'ordre de 40MHz.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Orbite_géostationnaire
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_satellites_in_geosynchronous_orbit
https://www.space.com/29222-geosynchronous-orbit.html