Sentinel-3 est une série de satellites d’observation de la Terre, dont le premier a été lancé en février 2016 et le deuxième en avril 2018 avec un lanceur Rockot. Réalisés par Thalès Alenia Space, ils sont dédié à la topographie marine, ainsi qu'à la mesure de température et de surface, afin de surveiller l’environnement et le climat. Pour ce faire, les satellites Sentinel-3 sont équipés de quatre instruments de mesure de haute précision. Les données ainsi récoltées sont combinées avec des données issues de mesures au sol, puis exploitées pour faire des prévisions météorologiques et de la veille environnementale et climatologique.

Sentinel-3 est l’une des missions Sentinel de l’ESA. En tout, six séries de satellites Sentinel ont été déployées ou sont en cours de déployment. Sept satellites sont à ce jour en opération. Sentinel s’inscrit dans le contexte plus global du projet Copernicus. Parmi les prédécesseurs de Sentinel, on compte notamment SPOT et ENVISAT (2002-2012).

La constellation Sentinel

La constellation satellitaire Sentinel a pour objectif de récolter des informations sur les sols, les océans et l’atmosphère. Les satellites de la famille Sentinel constituent la relève du satellite ENVISAT. ENVISAT aété lancé en 2002 et avait à son bord dix instruments d’observation de la Terre. Il était prévu qu’il fonctionne 5 ans, mais a pu être exploité jusqu’en 2012.

Les missions Sentinel remplissent les mêmes missions que ENVISAT, mais avec une plus grande précision et une meilleure couverture. Plutôt que d’avoir un satellite qui fait tout type de mesures (comme avec ENVISAT), haque série (Sentinel-1, Sentinel-2,…) de la famille est spécialisée pour un type d’observations. Ainsi, Sentinel-1 fait les relevés radar, Sentinel-2 l’imagerie des sols, Sentinel-3 l’altimetrie, Sentinel-4 la météorologie, Sentinel-5 l'étude de l’atmosphère.

La mise en orbite future de Sentinel-3c et 3d permettra de prolonger les observations jusqu’en 2030.

Une orbite spéciale

Les satellites Sentinel-3 sont placés en orbite héliosynchrone. C’est une orbite polaire basse (à 815 km d’altitude et une période de 2h) particulière, telle que le satellite passe au dessus de chaque point de la Terre à heure fixe.

Par exemple, si Sentinel-3a passe une fois au-dessus de Toulouse à midi, alors à chaque fois qu’il sera au-dessus de Toulouse, il sera midi. Et si le satellite passe au-dessus de New York à 4h du matin, alors il sera 4h du matin à chaque fois que le satellite survole New York.

Cette orbite permet d’avoir un ensoleillement qui est toujours le même en un point d’observation donné. Avec une autre orbite, certaines images d’un endroit de la Terre seraient prises de nuit, d’autres de jour, d’autres encore au crépuscule, et ce ne serait pas pratique de les comparer entre-elles. Ainsi, grâce à l’orbite héliosynchrone, on peut observer l'évolution de l’environnement. Les satellites 3a et 3b orbitent la Terre de façon symétrique.

Les objectifs de Sentinel-3

Les deux satellites Sentinel-3a et Sentinel-3b fournissent les informations suivantes :

• la topographie de surface
• la vitesse du vent au dessus des océans, des zones côtières, des lacs, des rivières
• la température des océans
• le rayonnement visible et proche-IR

Pour réaliser ces mesures, les satellites Sentinel-3 disposent de quatre instruments d’observation de la Terre :

• OLCI, pour la couleur des océans et des terres, dans 21 bandes de fréquences
• SLSTR, pour la température de surface
• SRAL, un altimètre radio
• MWR, un radiomètre en microondes

Les images de la Terre obtenues avec Sentinel-3 ont une résolution de 300 m.

À partir de ces données, on peut déduire de nombreuses informations concernant l’environnement. Par exemple, la couleur des océans permet d’inférer la quantité et la répartition du plancton, et permet ainsi un suivi de la vie marine, tandis que la couleur des terres permet de classifier les différents types de surface en fonction de leurs caractéristiques géophysiques et de suivre leur étendue. Un autre exemple, la topographie donne la hauteur des vagues, la profondeur de l’océan, l'épaisseur de la banquise et l’amplitude des marées.

Systèmes de survie du satellite

En plus de ses instruments scientifiques, ce satellite de 1.2t possède des instruments lui permettant de se repérer et de se repositionner dans l’espace, mais aussi de stocker et transmettre des données. Avec trois instruments, il connait sa position (GPS), son altitude (radiomètre) et sa vitesse (doppler), ce qui lui permet de connaitre son orbite. Il a aussi à son bord des gyroscopes

Pour faire fonctionner tous ces instruments, son « aile » de panneaux solaires ($10.5m^2$) fournissent l'énergie nécessaire, c’est-à-dire 1100W. Pour controler sa position, à son bord, se trouvent 120 kg de carburant, ce qui permet en théorie de fonctionner 12 ans (manoeuvres de désorbitage comprises).