Ingénieur de formation, Marc Deschaux-Beaume est le chef de projet de l’altimètre SRAL chez Thales Alenia Space. Il nous explique le principe de fonctionnement et l’utilisation qui va en être faite pour surveiller les océans, les étendues glaciaires et les modifications du climat.

L’altimètre radar : Principe de fonctionnement

Un altimètre est un instrument qui permet de connaître la topographie de zones d’intérêt, c’est-à-dire de mesurer les hauteurs et leurs variations pour différents types de surfaces. Son principe de fonctionnement est simple. Il s’agit de mesurer les distances entre le satellite et la surface considérée. Concrètement, ‘on mesure des temps d’aller-retour d’une onde Radio Fréquence qui est émise par l’altimètre’. Cette onde va traverser l’ionosphère, la troposphère puis rebondir sur la surface ciblée avant de faire le chemin inverse en retour vers le satellite et l’instrument. Autrement dit, ‘un altimètre c’est un chronomètre fondé sur le principe de l’émission et de la réception d’une onde RF’.

Pour obtenir le temps de trajet de cette onde, il est tout d’abord ‘impératif de connaître avec une très grande précision la position du satellite’, puis d’effectuer des corrections car la traversée des couches ionosphériques et troposphériques de l’atmosphère ‘perturbe la propagation du signal’. L’aspect bi-fréquence de l’altimètre (Bande Ku et Bande C) est nécessaire pour corriger l’erreur de propagation ionosphérique. Les aberrations de propagations dans la troposphère, donc au plus proche de la surface de la Terre, sont corrigées, quant à elles, grâce aux mesures du radiomètre MWR. Le radiomètre de Sentinelle-3 est donc au service de la mission topographique.

La position du satellite dans l’espace est déterminée ‘par une entité appelée POD (Precise Orbit Determination) qui comprend une partie bord (GPS, DORIS et Laser rétro-réflecteur) et une partie sol (algorithmes de post traitement)’. Les précisions obtenues sont de l’ordre de la dizaine de centimètres en temps réel à bord du satellite et de l’ordre du centimètre suite aux traitements de restitution d’orbites effectués au sol.

SRAL versus Poseidon, Siral- 2…

Dans l’altimétrie, il y a plusieurs types de missions : Celles qui évoluent à haute altitude au-dessus de la Terre, comme les satellites Jason (Altimètres Poseidon) et celles qui se trouvent plus bas, plus près de la surface terrestre, comme Envisat (Altimètre RA-2) ou Sentinelle-3 (Altimètre SRAL). En effet, pour alimenter les modèles et en extraire les informations pertinentes sur les océans, 'les scientifiques ont besoin de missions qui fournissent la référence globale (Jason) et de missions qui viennent en complément, comme Sentinelle-3 ou Envisat, et qui vont fournir des informations à échelle plus fine (i.e. meso-échelle)'.

Les satellites Océaniques Jason, qui tournent à plus de 1300 km d’altitude, ont la particularité de survoler très souvent la même trace (tous les 10 jours) mais ont, en contre partie, un maillage assez lâche. Ce type de mission a pour principal objectif de fournir des informations sur le niveau moyen des mers. Quant à la mission Sentinelle-3, qui s’inscrit dans la continuité d’Envisat, elle évoluera plus bas que Jason à une altitude moyenne de 815 km et avec un cycle de 27 jours nécessaire pour assurer un espacement court entre les traces au sol (typiquement 100 km à l’équateur).

Toutes ces données sont évidemment très complémentaires. Pour résumer sur les thématiques Océan, 'Sentinelle-3 vient en complément de la mission de référence Jason et s’inscrit dans la continuité des services fournis par Envisat'.

Début 2010, CryoSat-2 (Altimètre SIRAL) sera lancé par une fusée DNIEPR depuis la base de Baïkonour (Russie). Ce satellite, construit en remplacement de CryoSat-1 perdu pendant son lancement en octobre 2005, surveillera et évaluera avec précision les changements d'épaisseur des glaces continentales (calotte polaire Antarctique, glaciers…) ainsi que l’étendue des glaces de mer (banquise). Ses données contribueront, en autre, 'à mieux cerner les liens entre fonte des glaces, élévation du niveau des mers et changements climatiques'.

L’altimètre SIRAL

SIRAL, dont le principe de fonctionnement est très similaire à Poseidon, se différencie cependant par l’adjonction des deux modes novateurs que sont le mode SAR (pour améliorer fortement la résolution spatiale le long de la trace) et le mode Interférométrique (pour s’adapter à la mesure de certaines pentes glaciaires).

Pour revenir à Sentinelle-3, les spécifications de besoin de l’ESA portent 'principalement sur la continuité de service d’Envisat sur les océans mais aussi sur une certaine continuité du service offert par CryoSat-2 sur les glaces'. SRAL répond à ce double objectif: Il n’a certes pas la capacité interférométrique de SIRAL (il ne comporte qu’une seule antenne) mais il possède en revanche le mode SAR 'tout à fait pertinent pour la surveillance globale des glaces'.

Un outil très bien adapté pour le suivi du réchauffement climatique

Comme nous venons de le voir, deux des missions majeures de l’altimétrie sont l’observation de l’évolution du niveau moyen des mers et le suivi des quantités de glace présentes à la surface de la Terre. En accumulant et en comparant les données issues de toutes les missions altimétriques, les scientifiques arrivent ainsi à suivre, à expliquer et donc à anticiper toute une gamme d’impacts liés au réchauffement climatique sur notre 'encore belle planète'.