Sentinelle-3 : Les instruments micro-ondes

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25.12.09

Sentinelle-3 : Les instruments micro-ondes (charge utile topographique)

La charge utile topographique de Sentinelle-3 se compose de 2 instruments micro-onde (l’altimètre radar SRAL complété du radiomètre micro-onde MWR) et d’une suite d’instruments qui permet de connaitre avec exactitude la position du satellite (POD pour Precise orbit determination package).

L’objectif étant de suivre :

- La hauteur des océans, hauteur de vague, vitesse du vent sur les océans et les zones côtières ;

- "Franc-board" des glaces flottantes, c'est à dire la hauteur relative entre la surface de la glace flottante et le niveau de la mer ;

- Elevation de la surface des glaces de terre et des bords de glaciers (principalement Antarctique et Groenland) ;

- Hauteur et étendue des lacs et rivières.

De Jason à Sentinelle-3

La mission topographique de Sentinelle-3 s’inscrit dans la continuité de Jason-2, un satellite du CNES/NASA lancé en 2008 (OSTM/Jason2) dont la vocation première est de comprendre les causes profondes des changements météorologiques et climatiques et prévoir les anomalies saisonnières des régimes de temps.

Sentinelle-3 sera complémentaire de Jason-2, et plus tard, de Jason-3. Il mesurera également la hauteur de la surface des océans mais, à la différence de Jason, il évoluera sur une orbite plus inclinée qui passe plus près des pôles alors que celle de Jason s’arrête à 66 ° de latitude. Sentinelle-3 monte à 98,6 degrés. Avec Sentinelle-3, les scientifiques auront un meilleur échantillonnage spatial par rapport à Jason-2. Entre 2 traces au sol, à l’équateur on aura seulement 100 km contre 300 km pour Jason-2 (un écart qui se réduit près des pôles).

SRAL (SAR Radar Altimeter)

Vues conceptuelles de l'altimètre SRAL
Crédits ESA-ESTEC

Le SRAL est l’instrument principal de la mission topographique de Sentinelle-3 dont l’objectif est de fournir des données opérationnelles non seulement sur le plein océan mais aussi sur les zones côtières, les glaces ou encore sur les eaux continentales comme les lacs et rivières.

SRAL est une version évoluée d’altimètre qui intègre la plupart des fonctionnalités de SIRAL-2, l'instrument scientifique principal du satellite CryoSat-2 (lancé début 2010) et de L'altimètre Poséidon-3 embarqué sur le satellite Jason -2.

Il intègre notamment le mode « SAR– haute résolution » de SIRAL-2 ainsi que les derniers algorithmes de poursuite de terrain dits «en boucle ouverte» de Poseidon-3 ce qui lui confère une grande souplesse d’emploi et autorise une augmentation significative des zones accessibles à la mesure.

A l’image de Poseidon-3, le SRAL est bi-fréquence : Il émet séquentiellement des impulsions en bande Ku et en bande C ce qui permet d’estimer le retard de propagation des ondes radiofréquences dans l’ionosphère et d’améliorer ainsi la connaissance des distances.

Son rôle est de déterminer avec une très grande précision la distance entre le satellite et la surface d’intérêt, afin de déduire la hauteur (ou la variation de hauteur) de cette dernière. A titre d’exemple, les variations locales de hauteurs des océans peuvent atteindre plusieurs mètres. La précision visée est de l’ordre du centimètre, ce qui représente une performance remarquable pour une mesure prise à partir d’une orbite à 815 km!

Sur le long terme, l’analyse de ses données (calibrées, moyennées et comparées à celles issues d’autres missions…) va aussi permettre de mettre en évidence les évolutions du niveau moyen des mers voisines du millimètre ce qui en fait un outil particulièrement bien adapté au suivi de l’impact du réchauffement climatique.

Cet instrument, fournit également d'autres types de mesures, qui sont destinées aux météorologues, comme la hauteur des vagues ou l'intensité des vents à la surface de la mer de façon à améliorer la qualité des prédictions marines et à mieux anticiper les évolutions de certains phénomènes météorologiques extrêmes comme les cyclones.

+ d'info

Marc Deschaux-Beaume, chef de projet de l’altimètre SRAL chez Thales Alenia Space

MWR (Microwave Radiometer)

Ce radiomètre fonctionne à 23,8 et 36,5 gigahertz. Sa fonction consiste à mesurer la quantité d'eau dans l'atmosphère traversée par les échos radar de SRAL et d’apporter une correction à ces mesures.

En effet, la vapeur d' MWR (Sentinelle-3)

eau ou l’eau en suspension dans l’atmosphère, ralenti les ondes électromagnétiques. Ce phénomène peut être interprété comme un rallongement de la distance entre le satellite et la surface et donc dégrader la précision des mesures de l’Altimètre, ce qui est évité avec le MWR.

Vue conceptuelle de l'instrument MWR. Crédits ESA-ESTEC

De telles corrections sont seulement possibles au-dessus de l’océan, car le bruit de fond y est stable, ce qui constitue une condition nécessaire pour la mesure du bruit émis par l’atmosphère et liée à la quantité d’eau.

A contrario, au-dessus des surfaces de glace et de terre où les mesures de MWR ne peuvent pas être employées, les corrections seront basées sur des modèles et des données météorologiques globales de l’humidité atmosphérique.

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