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Posté par Adrien le Mardi 05/12/2017 à 00:00
Un futur satellite pour mesurer les courants marins et les vagues ?
L'Agence spatiale européenne vient d'annoncer sa sélection pour le "Earth Explorer" numéro 9: parmi les deux finalistes figure le projet de satellite "SKIM" visant à mesurer les courants marins et les vague à l'aide d'une nouvelle méthode de mesure par radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur envoie des ondes radio, qui sont...) Doppler. Ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) est proposé par une équipe internationale: menée par le Laboratoire d'océanographie physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) et spatiale (LOPS/IUEM, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / UBO / Ifremer / IRD), cette équipe fédère des chercheurs issus de 30 centres de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) dans le monde (Le mot monde peut désigner :) et les équipes de Thales alenia space (Thales Alenia Space est une coentreprise franco-italienne, née le 10 avril 2007 par l'apport à Thales des activités spatiales d'Alcatel-Lucent détenues dans Alcatel Alenia Space. Elle est souvent...) d'utiliser. Le lancement est programmé pour 2025.

Pourquoi un nouveau satellite ?

La surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) océanique définit les échanges entre océan, atmosphère, surface continentale et cryosphère, et ces échanges dépendent des courants de surface et des vagues. Par ailleurs, les courants de surface transportent tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ce qui se trouve à la surface: chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !), plancton (Homère désignait les animaux errant à la surface des flots par plankton, du grec ancien πλαγκτός /...), microplastiques... La connaissance des courants de surface a beaucoup progressé grâce à des mesures indirectes du niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.) et du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de gravité, mais ces mesures sont insuffisantes pour caractériser tous les mouvements de l'océan, en particulier à des échelles inférieures à 100 km.

Ce manque est particulièrement criant en zone tropicale où il est difficile de relier le courant de surface au niveau de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) parce que l'annulation de la force de Coriolis (Dans un système de référence (référentiel) en rotation uniforme, les corps en mouvement, tels que vus par un...) n'y permet pas l'application d'un calcul géostrophique. Ainsi, on manque d'information sur les courants des couches de surface et sur les remontées d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) profonde à l'équateur (équilibrant la divergence de ces courants). Une autre région d'intérêt est la bordure des glaces de mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.). L'océan Arctique (L’Arctique est la région entourant le pôle nord de la Terre, à l’intérieur et aux abords du cercle polaire. Elle se situe à l'opposé de l'Antarctique. L'Arctique inclut une partie du...) est en profonde évolution avec une zone marginale de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) qui s'étend. Cette région critique est le lieu de fortes interactions entre les courants marins, la glace de mer, les vagues et l'atmosphère. Ces phénomènes sont très difficiles à observer, et il est urgent de disposer d'une mesure de la cinématique de la surface (vitesse et direction du courant, dérive des glaces, vagues) qui peut être observée avec de nouvelles techniques à des échelles plus fines que les mesures dynamiques actuelles (niveau de la mer, vitesse (On distingue :) du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à tous...) sur la mer).

Les mers marginales de l'Arctique s'ouvrent aujourd'hui à plus de tempêtes. Comme partout ailleurs, la mesure des périodes des vagues, en plus de leur hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.), est nécessaire pour étudier les niveaux d'eau extrêmes à la côte. De telles mesures ne sont possibles aujourd'hui qu'avec les radars embarqués sur les satellites Sentinel 1A et 1B, mais seulement pour les houles les plus longues. Dès 2018, la mission CFOSAT fournira des mesures de vagues pour l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) des océans, mais il restera difficile de mesurer les vagues les plus courtes qui sont celles qui dominent en Méditerranée et dans les autres mers fermées.

SKIM, qu'est-ce que c'est et comment ça marche ?


Principe de mesure de SKIM: en couleur, carte de courant autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit...) du Gulf Stream (Le Gulf Stream est un courant océanique qui prend sa source entre la Floride et les Bahamas et se dilue dans l'océan Atlantique vers la longitude du Groenland. Son nom...) calculée avec un modèle numérique. En rose: les spirales ((voir page de discussion)) montrent les traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission européenne dans le cadre du premier pilier de...) au sol des faisceaux SKIM. Le zoom à droite identifie les vecteurs courant dans la direction de visée (en vert), projections des vecteurs courant total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des...) (en noir).
La mission satellite (Satellite peut faire référence à :) "Sea surface KInematics Multiscale" va ouvrir une nouvelle ère dans l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) de l'océan, celle de l'océanographie Doppler. Il s'agit de mesurer directement le courant de la même manière qu'on mesure la vitesse des voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est...) sur autoroute (Une autoroute est une route réservée à la circulation des véhicules motorisés rapides (automobiles, motos, poids lourds) et dont le tracé permet de circuler avec une...). SKIM sera une expérience de 5 ans et permettra de faire des mesures importantes pour comprendre l'évolution du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui désigne...), de l'équateur jusqu'aux pôles. SKIM fera la démonstration de la maturité des techniques Doppler pour l'océanographie. SKIM repose sur un radar altimètre, mesurant à la verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) et à des angles de 6 et 12° grâce à des faisceaux tournants qui permettent des mesures sur une fauchée de 300 km de large. La précision escomptée pour les mesures de courant est de 0,1 m/s à une résolution de 40 km. En utilisant une orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) polaire, SKIM couvrira l'ensemble des océans jusqu'à 82° de latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre (ou sur une autre planète), au nord ou au sud de l'équateur.), avec un passage tous les jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...) pour des latitudes supérieures à 70°, et tous les 4 jours à l'équateur. SKIM pourra mesurer les courants océaniques et les tourbillons de diamètre supérieur à 80 km. Il s'agit d'un net progrès par rapport aux moyens actuels et en préparation, utilisant des mesures de niveau de la mer. SKIM sera aussi capable de mesurer le spectre des vagues (la répartition de leur énergie en fonction des longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de...) et directions), pour des longueurs d'onde supérieures à 20 m.

Les principales innovations techniques exploitées par SKIM sont un radar millimétrique (en bande Ka) avec un mode Doppler, et son intégration dans un système de rotation de faisceaux inspiré de la mission CFOSAT.

Des objectifs scientifiques ambitieux

SKIM fera:
- un suivi des courants tropicaux et de la structure de l'upwelling (La Remontée d'eau[1] (Upwelling en anglais) est un phénomène océanographique qui se produit lorsque de forts vents marins (généralement des vents saisonniers) poussent l'eau de...) équatorial,
- une observation de l'évolution rapide des zones marginales de glace,
- une mesure des états de mer, en particulier pour les risques côtiers et les vagues extrêmes,
- des mesures utiles pour mieux interpréter d'autres données (radiométrie en bande L, altimétrie...) grâce à une résolution spectrale des vagues et une mesure conjointe des vagues et courants.

D'autres objectifs à plus long terme sont la mesure de la tension (La tension est une force d'extension.) de vent à l'échelle des tourbillons océaniques, la mesure des courants dans les fronts, et la cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation...) des sources de microséismes.

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Source: CNRS-INSU