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Satellite altimétrique

De Wikigeotech

Des progrès considérables ont été réalisés ces 20 à 30 dernières années dans l’observation de la Terre et notamment de la surface des océans, grâce à l’avènement des satellites. Ces derniers permettent, en effet, d’avoir une couverture quasi-globale de la surface des océans à intervalles réguliers. A noter, cependant, que les mesures satellitaires ne peuvent fournir des informations que sur l’état de surface de l’océan.

 

Sommaire

Les mesures altimétriques de niveau de la mer

L’altimétrie satellitaire permet d’obtenir des mesures sur les anomalies de niveau de la mer. Ces anomalies sont la signature de nombreux processus, notamment des variations de température et de salinité (qui influencent la densité) de la surface au fond, des courants océaniques, de la marée, et de la pression atmosphérique.

 

Principe de base de l’altimétrie et corrections associées

Le satellite altimétrique mesure l’élévation du niveau de la mer par rapport à une surface de référence. On a donc accès uniquement à des anomalies de niveau de la mer (Sea Level Anomalies, SLA).

Pour ce faire, 2 types de mesure sont effectuées:

  • des radars embarqués mesurent la distance « distance altimétrique » qui sépare le satellite de la surface de l’océan: le satellite envoie une onde radar qui se réfléchit sur la surface de la mer, et mesure le temps nécessaire à l'onde pour faire l'aller-retour et en déduit ainsi la distance. 
  • des radars au sol mesurent l’altitude du satellite sur son orbite (cf. Figure).

L'altitude de la surface de la mer est déduite de ces 2 mesures.

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L'analyse de la forme d'onde réfléchie par la surface de la mer et reçue par le satellite, permet également de mesurer la rugosité de la surface, qui peut être reliée à la hauteur des vagues.

Les mesures altimétriques doivent êtres corrigées avant d’être directement exploitables (AVISO, 1996). Il convient d’abord de corriger les bruits instrumentaux et d’appliquer un certain nombre de corrections sur la distance altimétrique pour prendre en compte les différentes causes de retard de propagation du signal électromagnétique. Il faut tenir compte en particulier de l’état de la mer, de l’inhomogénéité des couches atmosphériques, des variations de pression atmosphérique (correction du baromètre inverse) et des effets de marée. Une fois le signal altimétrique brut corrigé, on dispose donc de mesures de SLA le long de traces au sol.
Des informations détaillées sur le principe de la mesure altimétrique, l’origine physique des différentes corrections à effectuer et des informations techniques sont disponibles dans AVISO (1996) et Fu et Cazenave (2001).


Quelques missions altimétriques


Les premières mesures altimétriques ont eu lieu au début des années 1970, avec des précisions voisines de la dizaine de mètres sur le niveau de la mer. Pendant les années 1990, trois satellites sont mis en orbite : ERS-1, Topex/Poseïdon et ERS-2, respectivement en mars 1991, août 1992 et mai 1995.

Le satellite franco-américain Topex/Poseïdon (T/P) est le fruit de la collaboration entre le CNES et la NASA. Il a fonctionné jusqu’en octobre 2005. Il mesurait, après corrections, les hauteurs de mer avec une précision de l’ordre du centimètre. Il était placé sur une orbite répétitive de 10 jours, échantillonnait la région située entre 66°N et 66°S, avec une distance inter-traces de 315 km à l’équateur. Des moyennes sur 10 mesures (ou encore toutes les secondes) permettaient d’obtenir une valeur tous les 7 km le long d’une trace.

Son successeur, Jason-1 a été lancé en 2001 avec des caractéristiques quasi identiques. Il est toujours en service et continue de fonctionner simultanément avec Jason 2 lancé en juin 2008. ERS-1 et 2 ont une orbite répétitive de 35 jours. En 2003, ENVISAT a pris le relais suite à la défaillance de ERS-2.



 Quelques applications

Les mesures altimétriques peuvent être utilisées pour calculer des courants de surface proportionnels à la pente du niveau de la mer.

Bien que les mesures représentent la surface de l'océan on peut dans certains cas en déduire des informations sur l'océan en lui-même et son comportement: des transports de masse prenant en compte la subsurface ont pu être dérivés des anomalies de niveau de la mer. Ces informations ont été exploitées pour l'étude du phénomène El Niño (voir l'article):  En effet, selon la théorie de la recharge-décharge (Jin, 1997), le Pacifique équatorial se recharge en eaux chaudes (T>20°C) quelques mois avant l’arrivée d’un évènement El Niño et se décharge lors de la phase mature de l’évènement.  Le calcul des transports à partir de données satellitaires (de vent + altimétrie) a permis d'expliquer ces anomalies de volume d'eau chaude du Pacifique équatorial qui se révèlent être un indicateur précieux pour le phénomène El Niño.



Article rédigé par Christelle BOSC, CETE Sud Ouest, DALETT, PCI Applications Satellitaires et Télécommunication


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