De l'orbite au cœur des océans avec Envisat

Envisat observe notre planète
12 février 2002

ENVISAT N° 5. Depuis son orbite héliosynchrone, la plate-forme Envisat, de l'Agence spatiale européenne (ESA), dont le lancement est prévu pour fin février 2002, balayera sans relâche la surface et l'atmosphère terrestre grâce à ses 10 instruments. Tous les 35 jours, elle bouclera un cycle complet avant de reprendre sa couverture sur ses propres traces. Sur quelques deux tiers du circuit, cette orbite survolera l'océan. La masse mouvante de celui-ci, la complexité des échanges thermiques qui l'animent et de ceux qu'il entretient avec l'atmosphère en font un acteur majeur du comportement et de l'évolution du climat de notre planète.

Dès la brève mission du satellite américain Seasat en 1978, l'observation spatiale a révolutionné notre connaissance et même notre conception du comportement des masses océaniques. Depuis les années 90, des mesures ont été collectées en continu par les satellites d'observation radar ERS, de l'ESA, et par le satellite altimétrique franco-américain Topex-Poseidon. Les instruments d'Envisat profiteront des acquis de cette première génération de satellites et vont tenter, non seulement de faire progresser notre connaissance scientifique mais également de participer à l'identification et à la mise en place de services applicatifs opérationnels.

A bord d'Envisat, l'altimètre radar RA-2 assurera la continuité des mesures obtenues avec son prédécesseur à bord des satellites ERS ainsi que le complément de celles fournies par Topex-Poseidon puis par son successeur, le petit satellite Jason dont le lancement a eu lieu le 7 décembre 2001. Les différences d'orbites entre les deux systèmes en font des partenaires essentiels pour le suivi altimétrique des océans. L'orbite à faible répétitivité d'Envisat, et des ERS avant lui, permet d'assurer des mesures d'une très bonne résolution spatiale, nécessaire pour l'observation de phénomènes complexes, comme les tourbillons océaniques ou pour connaître le détail des positions des masses d'eau, tandis que Topex-Poseidon et Jason, qui répètent leurs traces tous les 10 jours, fournissent une meilleure résolution temporelle.

La société française CLS est responsable de l'exploitation opérationnelle des mesures altimétriques d'Envisat et de Jason. "Nous tirons bénéfice des deux grâce à une méthode de combinaison des données," explique Philippe Gaspar, directeur de l'océanographie spatiale chez CLS. " L'algorithme de combinaison est opérationnel depuis 1998 et permet à CLS d'offrir des produits de référence ".

De l'océan à l'atmosphère

Radar Altimeter 2 EM Antenna
RA-2 assurera la continuité du système RA sur les satellites ERS

Les principaux clients pour les produits développés par CLS sont les scientifiques qui les utilisent pour alimenter leurs modèles de prévision océaniques. Couplés aux modèles atmosphériques, ceux-ci permettent déjà un début de prévision climatique. Il est possible de prévoir l'apparition de gros phénomènes, comme El Niño, mais les résultats sont encore très limités pour des phénomènes de plus faible importance comme l'oscillation nord-atlantique.

Pour que le système puisse fournir une bonne prévision, il est nécessaire d'avoir la meilleure description possible de l'état initial. C'est là que le satellite est totalement irremplaçable. "Avant l'arrivée des satellites, on ne se posait même pas la question des prévisions," rappelle Philippe Gaspar.

Les mesures de l'altimètre radar sont corrélées avec celles de la charge utile DORIS, qui fournit des mesures orbitographiques de grande précision, et avec celles du radiomètre micro-onde, qui permet de corriger les perturbations du signal altimétrique par la vapeur d'eau. Par ailleurs, l'utilisation d'un altimètre bifréquence permet de compenser les perturbations liées à l'ionosphère. Ces perturbations représentent des dégradations importantes de la mesure, de l'ordre de 40 à 50 cm pour la vapeur d'eau, et 20 à 30 cm pour l'ionosphère.

" La pérennité des mesures altimétriques est essentielle ", estime Philippe Gaspar. "La validité des recherches scientifiques serait fortement mise à mal par une interruption du service, et ce sera encore plus vrai lorsqu'elles généreront des applications commerciales."

Gérer la mer

Boat
L'altimètre radar optimisera, entre autres, le routage du trafic maritime

Outre l'océanographie et la climatologie scientifique, l'altimètre radar peut en effet apporter beaucoup à la navigation. La déperdition du signal fournit des mesures précieuses sur la hauteur des vagues à 25 cm près tandis que le radar à synthèse d'ouverture ASAR permet de déterminer leur direction. Combinées avec les informations sur les courants déduites du mouvement général des masses d'eau, ces données permettent de calculer les routes les plus économiques et les plus rapides pour les navires, un service qui pourrait générer une économie très substantielle pour le transport maritime international. En outre, l'ASAR assurera une veille continue des glaces dérivantes ainsi que de l'étendue et de la nature des banquises.

Deux autres instruments d'Envisat serviront en priorité à l'observation des étendues marines. La caméra MERIS, capable de fonctionner dans 15 bandes du visible et du proche infrarouge, étudiera plus particulièrement la couleur de la mer, tandis que le radiomètre AATSR, qui travaille sur un spectre plus étendu dans l'infrarouge, fournira des données de température en surface, dans la continuation des radiomètres ATSR des satellites ERS. La combinaison des mesures de ces deux instruments aura des applications très importantes notamment pour le suivi des planctons et des bancs de poissons.

Toutes les informations collectées par les instruments d'Envisat seront stockées à bord sur des enregistreurs à mémoire de masse et retransmises vers la Terre soit via la station de réception de Kiruna, en Suède, ou sa doublure dans l'archipel de Svalbard en Norvège, soit par liaison à haut débit via le satellite géostationnaire Artemis et de là vers la station du centre ESRIN, de l'ESA, à Frascati, en Italie, où elles seront traitées en temps quasi-réel.

De là, elle seront mises à la disposition de la communauté scientifique internationale via des centres d'archivages répartis dans toute l'Europe et reliés entre eux par des lignes louées à très haut débit. Un accès aux données par un serveur sur Internet est également prévu. Deux consortia de sociétés spécialisées dans le traitement et la commercialisation des données ont été formés, Sarcom, mené par Spot Image, et Emma, par Eurimage, pour assurer l'exploitation commerciale des produits applicatifs dérivés des données d'Envisat.

La disponibilité, sur une même plate-forme, de multiples instruments facilitera la combinaison de leurs mesures en temps quasi-réel et représentera une opportunité exceptionnelle de développer de nouveaux produits issus des progrès dans la compréhension des mécanismes qui régissent les océans et l'atmosphère. Grâce au flux des données, ces produits nous ouvriront peut-être de nouvelles perspectives sur la gestion de la planète et de notre environnement.

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