Altimétrie satellitale
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L'altimétrie satellitale, aujourd'hui au centre de l'activité d'océanographie spatiale, est une technique spatiale permettant de mesurer le relief des océans, mise au point dans les années 1970 puis 1980, et qui a vu ses capacités décuplées en termes de précision et de couverture spatio-temporelle. Ces progrès ont été notamment obtenus grâce aux données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) du satellite (Satellite peut faire référence à :) franco-américain TOPEX/Poseidon (TOPEX/Poseidon est un satellite d'océanographie développé par la NASA et le CNES. Il a été lancé le 10 août 1992 (de Kourou, par une Ariane 42P, vol 52) et a fonctionné de façon satisfaisante jusqu'au 9...) lancé par la fusée (Fusée peut faire référence à :) Ariane en août 1992. Aujourd'hui, le successeur de ce dernier satellite (Satellite peut faire référence à :), en fin de vie (La vie est le nom donné :), est Jason-1 (Alcatel-Space, Cannes), premier satellite de ce qui devrait devenir une véritable filière (Une filière est une suite de formalités, d'emplois à remplir avant d'arriver à un certain résultat: la filière administrative.) spatiale en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) de suivi océanographique à long terme.

Principe

La technique d'altimétrie est basée sur la mesure de la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) instantanée de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) à l'aide d'un 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...) (onde à environ 13 GHz) embarqué sur un satellite artificiel (Un satellite artificiel est un appareil issu de l'activité de l'Homme et mis en orbite par lui. Ces termes désignent donc un objet humain envoyé dans l'espace et animé d'un...). L'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle...) radar émise par le satellite se réfléchit sur 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 confondu avec sa mesure, sa...) de la mer et est renvoyée à bord. Le satellite mesure alors le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) aller-retour et analyse la forme d'onde reçue, permettant respectivement de déterminer la distance entre le satellite et la surface de la mer ainsi que la rugosité de la surface, qui peut être reliée à la hauteur des vagues. L'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui...) de la surface de la mer est ensuite déduite de la différence: altitude du satellite - distance mesurée, où l'altitude du satellite est calculée de façon extrêmement précise à partir du suivi permanent de la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) réalisé depuis le sol par des stations de poursuite comme celle installée depuis plusieurs années sur le plateau de Calern (OCA) dans l'arrière pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus souvent sous forme de...) de Grasse.

Cette équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les...) simple met en évidence l'importance de réaliser un calcul d'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.) très précis afin de déterminer sans ambiguïté l'altitude de la surface de la mer. C'est sûrement l'un des domaines qui a connu les progrès les plus importants ces dernières années passant d'une précision d'un demi-mètre dans les années 1980 (avec les satellites Seasat et Geosat) à 2-3 cm dans le cas du satellite océanographique TOPEX/Poseidon. Cette amélioration est due notamment à l'utilisation de mesures de poursuite de satellite comme la télémétrie laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light amplification...) et le système DORIS, techniques développées par le CNES, l'IGN et l'OCA, qui permettent de situer le satellite très précisément. En outre, au site de Calern (OCA) déjà existant s'ajoute, dans l'objectif du lancement de Jason-1, un nouveau site de suivi et d'étalonnage des satellites océanographiques en Corse (La Corse (Corsica en corse) est une île de la mer Méditerranée et une région française, ayant toutefois un statut spécial (officiellement...). Ce double site doit permettre de surveiller la Méditerranée de façon très précise sur plusieurs années.

L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) des hauteurs de mer ainsi déterminées le long de la trajectoire du satellite tous les 6 à 7 km permet d'obtenir une " image " de la surface des océans. Sur une durée de plusieurs années, le satellite altimétrique donne donc accès à une cartographie évolutive de la surface des océans avec une précision meilleure que 5 cm.

Intérêt de la mesure altimétrique

Mais qu'apporte donc la connaissance précise de cette topographie ?

En géodésie

Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'abord la forme géométrique permanente des océans épouse de très près le géoïde, surface équipotentielle du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), et reflète donc la distribution hétérogène des densités de la matière depuis le fond des océans jusque dans les grandes profondeurs de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...). Ceci permet donc d'une part d'avoir accès en quelque sorte à la composition interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme...) de la Terre mais aussi à la topographie du fond des océans. En effet, une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la surface d'astres de type tellurique (planète tellurique, satellites comme la Lune),...) sous-marine crée un excédent de matière alors qu'un abysse provoque un déficit de matière engendrant réciproquement une bosse et un creux à la surface de la mer.

La surface des océans est donc également le reflet (Un reflet est, en physique, l'image virtuelle formée par la réflexion spéculaire d'un objet sur une surface. La nature spéculaire de...) du relief (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé pour caractériser la forme de la surface de la Terre.) de ses fonds marins: par exemple une bosse de 1 m dans la surface de la mer correspond approximativement à une montagne sous-marine de l'ordre de 1000 m d'altitude. Les mesures combinées des satellites TOPEX/Poseidon et ERS-1 ont conduit notamment à une cartographie de l'ensemble de la topographie sous-marine avec une résolution spatiale de 7 km (A. Cazenave, GRGS/Toulouse) permettant de mettre en évidence les chaînes de volcans sous-marins, les zones d'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir...) entre les plaques tectoniques, et pourquoi pas... 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...) des cratères d'impact des astéroïdes.

En océanographie (L’océanographie (de « océan » et du grec γρ?φειν / gráphein, écrire) est l'étude des océans et des mers de la Terre. Les océanographes étudient un très grand nombre de sujets,...)

À cette topographie permanente, au moins à l'échelle de milliers d'années, vient se superposer un relief créé par les courants océaniques. La vitesse (On distingue :) de ces courants est proportionnelle à la pente locale de la surface de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). Par ailleurs, dans l'hémisphère Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) les courants tournent dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant...) des aiguilles d'une montre autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) des " bosses " et dans le sens inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y...) autour des " creux ": ce phénomène s'inverse dans l'hémisphère Sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre qui s'étend entre l'équateur et le pôle Sud. En astronomie, ce terme désigne la partie du ciel située au sud de l'équateur...) du fait de la rotation de la Terre. L'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) typique du relief de la surface des océans lié aux courants (appelée topographie dynamique) est de ±1 m. Lorsqu'on sait qu'un courant comme le Gulf-stream (au nord de l'atlantique nord), créant un relief de l'ordre du mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide...), est capable de transporter un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines suivants :) de 100 millions de m3 d'eau par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La...) (environ 100 fois le 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...) des rivières du globe) il n'est pas difficile d'imaginer tout l'intérêt d'être capable de mesurer la surface des océans avec une très grande précision. En effet, ces énormes masses d'eau transportent avec elles la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) emmagasinée par l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.) et servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) donc de régulateur thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes...). Toute variation dans la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre...) d'eau transportée ou dans la direction du courant aura donc une influence sur les phénomènes météorologiques (précipitation et évaporation) ou climatiques pour des modifications importantes à long terme. L'exemple récemment médiatisé du phénomène El Niño (El Niño (littéralement « courant de l’Enfant Jésus », car il apparaît peu après noël), désigne à l'origine un courant côtier saisonnier au large du Pérou et de...) illustre bien cet aspect. En effet, les quelque deux mille milliards de mètres cubes d'eau chaude transportés en quelques mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) des rivages Australiens vers les côtes péruviennes sont à l'origine, durant plusieurs mois, de conditions météorologiques inhabituelles et d'une succession d'événements désastreux à l'échelle de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en...).

Changement climatique

Une source d'incertitudes concerne également l'évolution future de la quantité de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des...) dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Là encore, la mesure précise de la surface océanique peut nous apporter un élément de réponse: sous l'effet de la chaleur, l'eau a tendance à se dilater entraînant donc une élévation de son niveau. Cette élévation 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.) peut avoir des conséquences économiques importantes puisqu'une grande partie de la population vit dans les régions côtières. Les mesures effectuées par TOPEX/Poseidon depuis bientôt douze ans permettent d'estimer cette augmentation comme étant inférieure à 1 mm/an. Ce résultat est par ailleurs en assez bon accord avec les mesures marégraphiques effectuées depuis le début du siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée...). Ce taux d'élévation est donc loin d'être alarmant tout au moins à l'échelle globale. Pourtant il est des régions où cette augmentation est plus marquée et par exemple en Méditerranée l'élévation du niveau de la mer est estimée à près d'1cm/an, soit 10 fois plus !

Modélisation océanique

La prévision ne peut se faire qu'au moyen de modèles. L'océanographie spatiale doit encore " engranger " des informations sur de grandes échelles de temps pour être à même de construire des modèles climatiques fiables, au moins à l'échelle de quelques années. Les enjeux et les besoins d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) font en quelque sorte de l'océanographie et de la météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se forment et évoluent en fonction...) des " sœurs jumelles ". Ainsi, l'altimétrie opérationnelle en fournissant à la fois des informations sur la vitesse et la direction des courants, la hauteur des vagues et la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) 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...)... établit un trait d'union entre la météorologie marine et l'océanographie physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien,...).

Quelques liens

  • Les Expl'EAU'rateurs en herbe (On appelle herbe, dans une acception large, toute plante annuelle ou vivace, non ligneuse, faisant partie des angiospermes (monocotylédones ou dicotylédones), de couleur verte ; dans une acception plus étroite, herbe...) : expérience pédagogique réalisée en classe primaire.
  • Argonautica (projet CNES): un projet éducatif (Le projet éducatif est un terme utilisé dans les lieux d'accueil de l'enfant.) pour l'observation des océans.
  • AVISO (L'aviso est à l'origine un navire de guerre, de faible tonnage (brick, cotre, goélette) et rapide, qui servait de liaison pour le commandement ou à assurer les communications entre les divers bâtiments et la terre.) : l'altimétrie pour petits, moyens et grands.
  • Jason : site présentant le satellite Jason et les objectifs de la mission.
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