Comprendre les mouvements océaniques à petite échelle est essentiel pour mieux saisir les mécanismes qui régissent le système climatique et le comportement de nombreux écosystèmes marins. Le satellite SWOT lancé en 2022 ambitionne de répondre à cette exigence scientifique de détection et de suivi des structures de toute petite échelle dans l’océan, avec une précision jamais atteinte depuis l’espace et récemment confirmé par l’exploitation de ces nouvelles mesures.
par Laurie Henry
Photo de couverture : Vue du satellite SWOT © CNES
Mesurer la hauteur de la mer avec une précision inférieure au centimètre, sur des distances de quelques dizaines de kilomètres, était jusqu’ici hors de portée de l’altimétrie spatiale. Pourtant, les petites échelles jouent un rôle crucial dans la dynamique océanique et influencent la circulation globale, les échanges d’énergie à l’interface air-mer et même localement les conditions météorologiques.
Le satellite SWOT, lancé en décembre 2022 par la NASA et ses partenaires internationaux, s’est attaqué à ce défi d’une observation fine grâce à une technologie radar inédite : l’interféromètre Ka-band (KaRIn). Une équipe de chercheurs a récemment publié, dans le journal Geophysical Research Letters, une validation de la précision des mesures de SWOT. En confrontant les données satellites à un réseau dense de capteurs océaniques, ils démontrent même que SWOT dépasse largement ses objectifs initiaux en termes de précision de la mesure.
Une nouvelle génération de mesures altimétriques
La mission SWOT repose sur une technologie inédite dans le domaine de l’altimétrie spatiale : l’interféromètre radar en bande Ka ou Ka-band Radar Interferometer (KaRIn). Contrairement aux satellites altimétriques classiques qui effectuent des mesures linéaires sur une trajectoire unique, le KaRIn offre une altimétrie bidimensionnelle. Concrètement, il mesure la hauteur de la surface de l’eau sur deux larges bandes de 50 km de part et d’autre de la trajectoire du satellite, séparées par un vide de 20 km. Cette cartographie bilatérale détaillée permet à SWOT d’observer les phénomènes océaniques à très petite échelle, entre 20 et 100 km, ce qui était jusque-là hors de portée.
L’instrument mesure la hauteur de la mer par rapport à une surface de référence, après avoir corrigé plusieurs facteurs comme la pression atmosphérique, les marées, l’humidité troposphérique et l’effet des vagues. Le signal résiduel ainsi obtenu contient l’information dynamique recherchée.
Le défi principal est d’obtenir une précision suffisante pour capter des variations de surface de quelques millimètres à un centimètre, sur des distances courtes. Pour répondre à cette exigence, la mission a défini des seuils stricts. Par exemple, pour un maillage de 2 km par 2 km, l’erreur admissible doit être de l’ordre du millimètre. Plus on observe des détails finement, plus la marge d’erreur doit être réduite. Ces spécifications sont les plus rigoureuses jamais imposées à un satellite altimétrique.
Selon Jinbo Wang, co-auteur principal de l’étude récemment publiée, cette approche marque une rupture méthodologique dans la mesure des océans. Le satellite SWOT n’observe pas seulement les grandes tendances océaniques, mais capte les détails fins qui façonnent localement les mouvements des masses d’eaux.
Une validation in situ au cœur du Pacifique
Valider les mesures de SWOT implique alors de les comparer à des données de référence dites « vérités terrain », capables d’égaler ou de surpasser la précision du satellite. Cette exigence a conduit les chercheurs à concevoir une campagne de validation unique, menée au large de la Californie à environ 300 km à l’ouest de Monterey, dans une zone de croisement des orbites du satellite SWOT.
Entre février et octobre 2023, une équipe scientifique a déployé 11 mouillages profilants espacés de 10 km le long d’une ligne de 100 km afin de permettre une couverture régulière du domaine étudié. Les mouillages utilisaient deux technologies de profileurs autonomes : des prawlers pour les profils profonds et des wirewalkers pour des relevés plus rapides. Ces instruments, actionnés par l’énergie des vagues, mesuraient la température et la salinité jusqu’à 500 mètres de profondeur. Ces paramètres permettent d’estimer la densité de l’eau.