20 mars 2011 : le presque printemps de minuit vu par le satellite européen Meteosat 9

« Le printemps n’est pas loin », « Y'a d'la joie et du soleil dans les ruelles » (c’est pour cela que Charles Trenet)

C’est le printemps et c’est peut-être la première bonne nouvelle de la semaine après la triple catastrophe au Japon (séisme, tsunami et accident nucléaire) et la crise en Lybie.

On pourrait pourtant croire qu’il n’y a plus de saisons : pour cette fois-ci au moins, on va échapper à l’hiver nucléaire en mars et le printemps arabe a commencé en plein hiver…

Deux images de la Terre prises le 20 mars 2011 à 6h00 UTC et à 18h00 UTC par le satellite européen
Meteosat 9. Combinaison colorée de trois canaux visibles. Crédit image : Eumetsat

La date et l’heure du printemps en 2011 : 20 au 21 mars ?

Au fait, le printemps, c’est quel jour et quelle heure ? 20 mars, 21 mars, midi ou minuit. Eh bien, vous avez un peu le choix dans la date… En 2011, la date de l'équinoxe de printemps est le dimanche 20 mars à 23h20 UTC (et 44,7 secondes exactement), soit le lundi 21 mars à 0h20 en heure française (UTC + 1h).

Les deux images satellite ci-dessus ont été acquises le matin et le soir du 20 mars 2011 au moment où le soleil se lève et se couche sur l'Europe (et la Lybie...). Ce n'est pas encore tout à fait l'équinoxe de printemps mais la direction du terminateur est quasiment perpendiculaire à l'équateur : la limite entre les régions dans l'ombre et celles éclairées est parallèle aux méridiens. La situation est très différente au moment du solstice d'hiver en décembre comme l'illustre une autre article du blog Un autre regard sur la Terre.

L'axe de la Terre est incliné d'environ 23°27’ par rapport au plan de son orbite : pendant six mois de l’année, l’hémisphère nord est orienté vers le Soleil. C’est l’hémisphère sud pendant l'autre moitié de l’année. Au moment de l’équinoxe, les deux hémisphères sont orientés également par rapport au Soleil et celui-ci est situé directement au zénith (à la verticale) de l'équateur. Il y a deux équinoxes par : le premier en mars (entre le 19 et le 21, le deuxième en septembre (le 22 ou le 23) . Par convention, les équinoxes marquent les dates du début du printemps et de l'automne.

Le jour de l'équinoxe, si on fait ne tient pas compte la réfraction atmosphérique, la durée de la nuit est égale à la durée du jour. C'est également le jour où le Soleil se lève plein est et se couche plein ouest. Du pôle Nord au pôle Sud, tous les points de la Terre situés sur un même méridien, reçoivent alors simultanément la lumière du Soleil durant la journée.

Deux remarques :

• Dans tous les cas, l‘inclinaison des rayons solaires aux pôles explique la faiblesse du flux lumineux parvenant au sol : le climat reste assez froid même pendant l'été. A l’opposé, plus on se rapproche de l'équateur et plus les rayons lumineux sont proches de la verticale.
• L’inclinaison de la Terre varie (entre et 22°6’ et 24°30’) selon un cycle de 41 000 années.

Les pages du site de l’IMCCE (Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides) précisent que depuis la création du calendrier grégorien en 1582, l'équinoxe de printemps tombe le 19, 20 ou 21 mars. Au dix-neuvième siècle et au vingtième siècle, l’équinoxe est toujours tombé le 20 ou le 21 mars.

Dans le passé, l’équinoxe n’est tombé le 19 mars en 1652, 1656, 1660, 1664, 1668, 1672, 1676, 1680, 1684, 1685, 1688, 1689, 1692, 1693, 1696, 1697, 1780, 1784, 1788, 1792 et 1796. Il tombera de nouveau le 19 mars en 2044.

 Cette année l'équinoxe de printemps sera accompagné d’une grande marée d'équinoxe de forte amplitude (coefficient 118) causé par la proximité de la pleine Lune et de l'équinoxe et le fait que la pleine Lune soit au périgée et au noeud équatorial de son orbite. La Lune est donc proche de la Terre et dans le plan de l'équateur et, pour ces deux raisons, la force de marée lunaire est maximale.

Presque l'équinoxe : une image acquise à 22h00 UTC par un autre satellite météorologique.
Il s'agit de MTSAT 2 de l'agence météorologique japonaise, en orbite géostationnaire au dessus
de la longitude 145°E. Crédit image : JMA (Japan Meteorological Agency)

Rassurez-vous : les satellites géostationnaires continuent à observer le déplacement des nuages et de fournir des  données pour les modèles de prévisionmême lorsque la terre n'est pas éclairée par le soleil. Les images illustrant le début de cet article sont  toutes acquises dans des bandes spectrales visibles, celles que l'oeil humain peut voir, corresponsdant à la lumière du soleil réfléchie par les objets observés (les nuages par exemple). En utilisant l'infrarouge thermique, on mesure la lumière émise directement par les objets dès qu'ils sont à une température supérieure au zéro Kelvin. C'est le cas ci-dessous avec une autre image du satellite Météosat 9, cette fois-ci dans la bande centrée autout de la longueur d'onde 10,8 µm. La modélisation des déplacements de l'atmosphère à partir de ces informations sert, par exemple en relation avec l'actualité, à prévoir la propagation des nuages de pollution, comme le nuage radioactif issu de la centrale de Fukishima, ou les nuages de cendres des volcans.

Image de la Terre prise le 20 mars 2011 à 0h00 UTC par le satellite européen Meteosat 9.
Canal infrarouge thermique à 10,8 µm La preque totalité de l'hémisphère terrestre
est visible malgré l"absence d'éclairement solaire. Crédit image : Eumetsat

En ce qui concerne le Japon, à partir des rejets radioactifs estimés par l’Institut de Radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), Météo France a simulé la dispersion de ces rejets dans l'atmosphère, projetée jusqu’au 26 mars. Selon cette simulation, le panache radioactif aurait actuellement atteint le nord-est de la Sibérie, les Etats-Unis et l’ouest de l’Atlantique. Il devrait atteindre la France à partir du 23 ou 24 mars.

La simulation est réalisée à partir du modèle MOCAGE. MOCAGE est le Modèle de Chimie Atmosphérique à Grande de Météo-France. Il a été développé à partir de 1999 pour remplacer le modèle REPROBUS, développé en collaboration avec le NCAR (National Center for Atmospheric Research, USA). MOCAGE est un modèle tridimensionnel, multi-échelles, stratosphérique et troposphérique. Il couvre plusieurs objectifs scientifiques, comme l’étude des interactions entre la chimie et le climat, jusqu’à la modélisation de la chimie troposphérique à l’échelle régionale.

Pour le nuage de la centrale de Fukishima, c'est la version "MOCAGE accident" qui est utilisée. Elle permet de modéliser le tranport et la dispersion d’un polluant rejeté accidentellement dans l’atmosphère. Bien sûr, la principale difficulté consiste à connaître précisément les caractéristiques du rejet de polluant (quantité, débit en fonction du temps). Sur son site, l'IRSN précise qu'il ne dispose pas "de données de mesure directe sur la composition et l’ampleur des rejets radioactifs, mais dispose d’informations techniques sur les installations accidentées".

Deux cartes représentant la dispersion du nuage radioactif de la centrale de Fukushima pour les
échéances du 21 mars 2011 à 12h00 UTC (le nuage atteint la zone des Antilles) et du 23 mars 2011
à 12h00 UTC (le nuage atteint la France métropolitaine). Résultats du modèle MOCAGE accident
pour le Césium-137. Crédit image : IRSN / Météo France

Sur ces cartes, L'échelle de couleur est graduée de "Max/100 000 000" à "Max". Max correspond à une radioactivité de 1000 becquerel par mètre cube (1000 Bq/m³). Sur son site, l'IRSN donne quelques points de repère : selon l'IRSN, par exemple, en mai 1986 dans les jours qui ont suivi l'accident de Tchernobyl, les valeurs mesurées dans l’Est de la France étaient de l’ordre de 1 à 10 Bq/m3. Compte tenu de l'incertitude sur les niveaux de radioactivité de Fukushima - Daiichi, ces cartes doivent être interprétées avec beaucoup de précautions. Par exemple, L’IRSN a retenu l’hypothèse que ces rejets se poursuivent jusqu’au 20 mars alors que plusieurs dégagements de fumée se sont encore produit le lundi 21.

De nouvelles simulations devront être faites a posteriori lorsque les rejets seront mieux connus et surtout des mesures de terrain devront les confirmer.

Dans un bulletin mis à jour le 22 mars 2011 à 7h00, sur la base des éléments qu’elle a pu collecter, la CRIIRAD (Commission de Recherche et d'Information Indépendantes sur la Radioactivité) indique que "le risque d’irradiation par les masses d’air contaminé sera négligeable. Le risque associé à l’inhalation des aérosols et halogènes radioactifs présents dans l’air devrait être très faible". En revanche, la CRIIRAD précise que "le contexte actuel peut amener chacun à réfléchir à l’équilibre de son régime alimentaire et à vérifier s’il n’est pas carencé en iode (la thyroïde a besoin d’iode stable pour fabriquer les hormones nécessaires au bon fonctionnement de l’organisme)" et rappelle également que "lorsque la thyroïde est carencée en iode, elle fixe d’autant plus l’iode radioactif".

Mettre du bore dans les épinards ?

 Le bore est un atome ayant la propriété d'absorber les neutrons produits par la réaction nucléaire. Il est généralement mélangé à l'eau du circuit primaire et permet de contrôler et, parfois, d'arrêter la réaction nucléaire. Au cours des opérations de maintenance, du bore peut être encore ajouté dans le circuit primaire pour éviter tout redémarrage intempestif de la réaction nucléaire. Au Japon, TEPCO avait commencé à refroidir le réacteur avec de l’eau de mer avant d’y ajouter de l’acide borique pour limiter l'activité du coeur. La France a proposé de mettre à disposition des réserves de bore.

Une pleine lune géante sur une orbite excentrique

Le 19 Mars à 18h10 UTC, c’était la pleine Lune. Une pleine Lune d’une taille exceptionnelle qui s’est levée à l'est au coucher du soleil. Cette "Lune de périgée" était la plus grande depuis près de 20 ans. Très précisément, le périgée était atteint une heure plus à 19h08 UTC.

La taille apparente de la pleine Lune varie à cause de la forme de l’orbite de la Lune autour de la Terre. Son périgée (point de son orbite le plus proche de la Terre) à 356 575 km est environ 50 000 km plus près de la Terre que son apogée (point de l'orbite le plus éloigné de la Terre). Au périgée, la Lune a une taille apparente environ 14% plus grande (avec une luminosité 30% plus importante) que lorsqu'elle se trouve à son apogée.

Près de l’horizon, La Lune paraît alors vraiment à portée de main…

La Lune de Périgée du 19 mars 2011. Photographie prise depuis les jardins de la Maourine à
Toulouse (Museum de Toulouse). Ce samedi 19 mars, l’association Planète Sciences Midi-Pyrénées
organisait son assemblée générale, une série de débats et de conférences et un repas convivial
avec un quiz sur la Lune. Crédit image : Gédéon

Sous l'oeil du satellite Envisat, une France presque sans nuage pour le premier jour du printemps

Assez rare : le satellite Envisat a pris cette image de la France le 21 mars à 10h30 UTC. A part quelques nuages au sud, un grand ciel bleu sur l'ensemble du territoire. Nos petits camarades britanniques n'ont pas cette chance... L'image en pleine résolution est très intéressante pour un cours de géographie de la France (fleuves, zones montagneuses, etc.) Note : l'image ci-dessous n'a pas été corrigée en géométrie, ce qui explique le côté "penché" de la France par rapport aux représentations cartographiques habituelles. La Corse est un peu à l'est de la zone couverte par le satellite.

La France presque sans nuages. Extrait d'une image acquise par le satellite Envisat le 21 mars
à 10h30 UTC. La résolution est réduite d'un rapport 3 par rapport à l'image d'origine.
Crédit image : Agence Spatiale Européenne (ESA)

A noter sur votre agenda… vos prochains rendez-vous sur l’orbite de la Terre autour du soleil

• Printemps : le 20 mars 2011 à 23h20 UTC
• Eté : le 21 juin 2011 à 17h16 UTC
• Automne : le 23 septembre 2011 à 9h04 UTC
• Hiver : le 22 décembre 2011 à 5h29 UTC

Chercher midi à quatorze heure : le passage à l'heure d'été le dernier dimanche de mars 

Pour ceux qui continuent à utiliser l'heure légale, on s'approche du passage à l'heure d'été : pour la France , la date du passage à l'heure d'été est le dernier dimanche du mois de mars et on conserve ce décalage d'une heure jusqu'au dernier dimanche d’octobre. Pendant cette période, l'heure légale française est donc (UTC + 2 heures) et l’heure d’hiver correspond à (UTC + 1 heure). La date du changement d'heure est la même pour tous les pays d'Europe.

En savoir plus :

• Le site de l'institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides et les pages sur les saisons.
• Sur wikipedia, un article sur les saisons et sur les équinoxes.
• Le site d'Eumetsat et la page pour accéder aux images Meteosat.
• Pour accéder aux images Envisat, le site MIRAVI de l'Agence Spatiale Européenne. Note : depuis le début du mois de mars, plusieurs nouveautés très intéressantes sur ce site : une interface de type Google Earth (à condition d'avoir chargé le plug-in correspondant) et surtout la possibilité d'accéder également aux images radar du capteur ASAR.
• Le site de l'IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire), la page sur la modélisation de la dispersion atmosphérique du panache radioactif créé par les rejets de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi et la page sur une simulation similaire faite dans le cas de Tchernobyl.
• Sur le modèle MOCAGE, une page sur le site de Météo France (CNRM) et une présentation détaillée faite à l'occasion d'un séminaire à l'université de Genève.
• Le bulletin de la CRIIRAD daté du 22 mars 2011 et le site de son réseau de balises de mesure.
  
• D’autres articles du blog Un autre regard sur la Terre sur le thème des saisons et des mouvements de la Lune autour de la Terre : L'éclipse partielle de soleil du 4 janvier 2011 vue par le satellite Meteosat, 21 décembre 2010 : éclipse du solstice, un phénomène rare et, plus fréquent mais très instructif, le solstice d’hiver vu par le satellite Météosat, Mardi 24 août à 17h05 UTC : c'est presque l'apogée d'une petite pleine lune... mais toujours pas de nuit des deux lunes en 2010 !
• Un autre article du blog Un autre regard sur la Terre sur la mesure de la radioactivité et de ses effets sur les organismes vivants.
  

Suggestions d'utilisations pédagogiques à l'école :

• Travail sur les saisons : selon l'âge des élèves, jeux, maquettes ou travail personnel pour expliquer les saisons.
• Travail sur la météorologie et la prévision de la circulation atmosphérique. En utilisant des séries d'images du satellites Météosat, analyser le déplacement des nuages entre le 12 et le 24 mars 2011. Voir s'il est possible d'établir un lien avec la prévision de dispersion du nuage radioactif de Fukushima.