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Les News

Janvier 2016

2/2 LANCEMENT DE JASON-3 - Le point sur l'altimétrie au 18/01/2016. Jean Pailleux.

Série satelllites JasonLe satellite altimétrique Jason-3 a été lancé avec succès le 17 janvier 2016 depuis la base américaine de Vandenberg en Californie. C'est le 3e satellite de la série Jason, sa mission principale est d'assurer la continuité de celle de Jason-2, toujours en fonctionnement. Développé dans le cadre d'une collaboration américano-européenne (CNES, EUMETSAT, NOAA, NASA), ce satellite est d'abord destiné à la mesure du niveau de l'océan, grâce au radar altimétrique Poséidon-3B, associé à un système d’orbitographie de haute précision.

À son bord, se trouvent également :

Jason-3 est placé sur une orbite inclinée de 66° (par rapport à l'équateur) à 1336 km d'altitude, la même orbite que Jason-2. Ses mesures de hauteurs dynamiques de l'océan sont destinées à être utilisées en synergie avec celles de plusieurs autres satellites. Cette flottille contribue aux besoins de l'océanographie opérationnelle et de la surveillance du climat en fournissant d'autres données comme la température de surface, et les variations de couleur de l'océan. Les satellites altimétriques contribuent aussi à l'observation de la hauteur des vagues, du vent de surface (à 10 m au-dessus du sol), et de certaines étendues d’eau continentales. Souvent ils embarquent un sondeur micro-onde pour mesurer également l'humidité atmosphérique intégrée sur la verticale."

Un point sur le développement de l'altimétrie spatiale

L'émergence de l'altimétrie spatiale est décrite sur ce même site web :

La Terre mesurée depuis l’Espace : de DIAPASON (1966) à JASON (2001), la contribution française

La « News » d'avril 2006 : Quinze ans de progrès en altimétrie radar

Le principe de l'altimétrie est rappelé dans la FAQ : Quelles sont les variations actuelles du niveau de la mer ?

Voir aussi : «Satellite altimetry and earth sciences», edited by Lee-Lueng Fu and Anny Cazenave. Academic Press. ISBN : 0-12-269545-3

 

Nous faisons ici un point sur la mesure depuis l’espace du niveau de la mer au moment du lancement de Jason-3. Nous remontons jusqu'au début des années 1990, résumant ainsi 25 ans d'histoire de l'altimétrie. ERS1 (1991-2000), ERS2 (1995-2011) et ENVISAT (2002-2012) sont trois satellites européens (ESA) qui contribuèrent beaucoup à l'altimétrie sur cette période tout en embarquant de nombreux autres instruments. Voir par exemple les 11 instruments embarqués sur ENVISAT.

Ces trois satellites européens étaient tous sur des orbites héliosynchrones, alors que le satellite américain GFO (1998 - 2008), le successeur de GEOSAT (1985 – 1990), plus spécialement dédié à l'altimétrie, plus léger, était sur une orbite inclinée non héliosynchrone.

Une étape majeure a été atteinte dès août 1992 avec le lancement du satellite TOPEX–Poséidon, une mission franco-américaine de référence pour l'altimétrie (haute précision, orbite non héliosynchrone inclinée à 66° et à 1336 km d'altitude). La mission de TOPEX–Poséidon s’est terminée en 2005. Cependant, la précieuse collection de mesures entamée 13 ans plus tôt, se poursuit grâce à la série des «Jason» : Jason-1 (2001-2013) et Jason-2 (lancé en 2008, toujours en service), et Jason-3 qui vient d'être lancé.

On parle de «missions de référence», car l'orbite non héliosynchrone permet de mesurer les marées. Les plateformes héliosynchrones, donc phasées avec le cycle diurne, sont affectées par un échantillonnage inadéquat du cycle des marées. A la différence d'une plateforme multi-missions comportant une grande diversité de mesures, un système dédié du type Jason est plus léger, moins coûteux, et son orbite peut être optimisée dans ses moindres détails pour satisfaire les besoins de la mesure de la hauteur de l'océan. Il n'est pas nécessaire de rechercher « une répartition équitable du mécontentement » entre les exigences parfois contradictoires de divers utilisateurs. Les mesures fournies par les satellites héliosynchrones (ERS, ENVISAT, Sentinel-3) sont étalonnées (recalées) sur les mesures des satellites non-héliosynchrones (Jason).

En outre , les rendez-vous en orbite entre missions de référence successives, (décembre 2001 entre TOPEX–Poséidon et Jason-1, puis juillet 2008 entre Jason-1 et Jason-2), ont permis d’opérer, (au cours de 2 vols en formation serrée de plusieurs mois), un inter-étalonnage de ces 3 systèmes de mesure couvrant maintenant une durée d’observation de plus de 20 ans. Il s’agit d’une étape vitale pour éliminer les effets de dérives éventuelles ou de biais de mesure entre un système précis mais vieillissant, et son successeur, en début de carrière ! Espérons que le même inter-étalonnage va pouvoir s'effectuer entre Jason-2 et Jason-3.
L’existence de mesures de référence permet de tirer profit des observations co-localisées : lorsque 2 systèmes altimétriques réalisent chacun une mesure de hauteur dynamique au même endroit avec un décalage de quelques heures, voire de quelques jours… il est possible d’apporter une correction au système moins précis en utilisant la mission de référence. (Cf. Eos Transactions, sept. 1995.)

Malgré une certaine limitation en couverture de données (due au choix d’une orbite qui ne donne pas accès aux latitudes supérieures à 66° N ou S, et à la visée des altimètres qui se fait uniquement au nadir), les instruments ont permis d'estimer le niveau de l'océan avec une précision inégalée. Plus précisément, ils donnent accès au champ de hauteur dynamique, une grandeur intégrale caractéristique de la colonne d’eau, homologue de ce qu’est pour l’atmosphère le champ de pression au sol. La série des Jason contribue aussi à l'observation de la hauteur significative des vagues, et, de manière plus marginale, à celle du contenu total en électrons de l’ionosphère, et à celle du vent à la surface de l'océan.

L'observation altimétrique en 2016

À coté de Jason-2 et Jason-3 déjà mentionnés, les satellites suivants sont actuellement en service et fournissent des données altimétriques :

Sentinel-3A, premier satellite altimétrique européen de la série du programme COPERNICUS, doit autre lancé au début 2016, peu de temps après Jason-3. Il doit être placé sur une orbite héliosynchrone à 815 km d'altitude et être équipé du radar altimétrique SRAL.

Pour l'océanographie opérationnelle telle qu'elle est pratiquée maintenant à Mercator-Océan, les observations des satellites suivants Jason2, SARAL, et Cryosat2, sont utilisées pour guider les modèles. Les spécialistes parlent d'assimilation de ces données dans les modèles. Les données sont disponibles en quelques heures pour les dernières données et dans les 24h avec un traitement plus fin des erreurs. HY-2A a été assimilé jusqu’à l'été 2015, mais des anomalies ont été détectées et ses données ont été retirées de l'assimilation. Elles seront réintroduites si leur monitoring montre une meilleure qualité.

Le diagramme suivant résume l'ensemble des missions altimétriques depuis 1991 et contient aussi les missions programmées pour les prochaines années.

Diagramme des missions altimétriques depuis 1991 et dans le fuur

 

Un point complet sur l'altimétrie nécessite de mentionner aussi les missions gravimétriques qui permettent de mieux connaître le champ de gravité terrestre et donc le géoïde. Depuis 2002 un satellite GRACE fonctionne opérationnellement, les successeurs (GRACE-FO – Follow-On) devraient être prêts à continuer à partir de 2017. La mission GOCE de l'ESA (2009 – 2012) a permis d'étudier le champ de gravité à une résolution horizontale très fine.

Et le futur jusqu'en 2025 ?

Dans son plan de mise en œuvre pour l'évolution du système mondial d'observation jusqu'en 2025, adopté en 2013/14 par l'Organisation Météorologique Mondiale (OMM), on trouve l'action suivante concernant l'observation altimétrique : «Implement an altimeter constellation comprising a reference mission on high-precision, not sun-synchronous, inclined orbit, and two instruments on well separated sun-synchronous orbits.».

Cette action a été rédigée à partir des besoins exprimés par les usagers s'occupant des différentes applications utilisant la hauteur du niveau de la mer, besoins extrapolés jusqu'en 2025. Sans regarder dans les détails, on voit que la situation actuelle de l'altimétrie spatiale n'est déjà pas loin de celle recommandée par les experts de l'OMM. Il subsiste toutefois des lacunes par rapport aux besoins idéaux («gaps with respect to observation requirements» dans le langage du web Oscar de l'OMM), en particulier si l'on regarde de près dans quelle mesure les instruments actuels permettent d'atteindre la bonne couverture globale en observations et la bonne résolution horizontale.

Pour améliorer l'observation altimétrique (et aussi l'observation d'autres paramètres environnementaux comme ceux de l'ionosphère, ou ceux du géoïde), plusieurs avancées technologiques sont prévus sur les satellites du futur (déjà programmés ou encore à l'étude).