France – 20/12/2022 – energiesdelamer.eu. Rediffusion le 28/12/2022. Le satellite SWOT, destiné à l’étude de la topographie des océans et des eaux de surface continentales, a été mis en orbite par un lanceur Falcon 9 depuis la base spatiale américaine de Vandenberg en Californie.
La mission SWOT a coûté près de 1,2 milliard de dollars pour développer, construire et lancer. Environ les deux tiers du financement proviennent de la NASA, et la majeure partie du reste du budget a été fournie par le gouvernement français. L’agence spatiale britannique et l’agence spatiale canadienne ont également fourni de petites contributions à la mission.
SWOT (Surface Water and Ocean Topography) est une mission conjointe du CNES et de la NASA, avec la collaboration des agences spatiales canadienne (CSA) et britannique (UKSA) rappelle le communiqué.
La mission SWOT est dédiée à la mesure du niveau des eaux de surface des lacs et des cours d’eau, du débit des rivières et à la détermination très fine et très précise de la dynamique océanique. Il s’agit de la première mission spatiale qui étudiera la quasi-totalité de l’eau à la surface de la Terre. Cette aventure scientifique dans le domaine de l’altimétrie a démarré il y a 30 ans, en 1992, avec le lancement du satellite TOPEX/Poseidon et s’est poursuivie avec les satellites Jason, en incluant dans cette coopération la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) et EUMETSAT.
Rupture technologique majeure
SWOT repose sur une rupture technologique majeure : l’interférométrie à large fauchée avec l’instrument KaRIn, conçu par le Jet Propulsion Laboratory (JPL), auquel le CNES et Thales Alenia Space contribuent en réalisant la partie radiofréquences de l’instrument. KaRIN comporte deux antennes SAR en bande Ka éloignées de 10 mètres l’une de l’autre. Elles offrent une observation bidimensionnelle de 120 km de large, avec une résolution horizontale de l’ordre de 5 m le long de la trace et de 10 à 60 m en fonction de la distance au nadir (60 m proche nadir 10 m en bord extérieur de fauchée). SWOT embarquera également le module NADIR constitué des mêmes instruments que ceux des satellites Jason 1, 2 et 3, parmi lesquels l’altimètre à double fréquence Poseidon fabriqué par Thales Alenia Space. Le module Nadir comprend le système DORIS, fabriqué par Thales, pour l’orbitographie de précision, ainsi qu’un radiomètre micro-ondes AMR (Advanced Microwave Radiometer), la charge utile de localisation GPSP (GPS Payload) et un ensemble de réflecteurs lasers LRA (Laser Retro-reflector Array) réalisés par le JPL.
En mesure d’observer de près les littoraux
Concrètement, le satellite SWOT étendra dès 2023 les capacités actuelles de l’altimétrie océanographique aux courants côtiers et à l’hydrologie. Dans ce domaine, grâce aux mesures des hauteurs de surface d’eau continentales, SWOT pourra évaluer les débits des fleuves et les stocks d’eau douce à l’échelle de la planète et en suivre les évolutions. En océanographie, avec une résolution 10 fois supérieure aux technologies existantes, la mission observera à une échelle de 10 à 20 kilomètres de résolution, les structures fines de la circulation océanique et leurs interactions avec l’océan profond. En retour, cela permettra de mieux en comprendre les effets sur la vie marine, les écosystèmes, la qualité de l’eau, les transferts d’énergie. Enfin, avec l’interférométrie radar, SWOT sera en mesure de d’observer de près les littoraux pour étudier leurs interactions avec les écosystèmes, la qualité de l’eau et l’érosion du trait de côte etc.
« Nous aurons pour la première fois des données haute résolution sur le niveau de la mer sur les premiers kilomètres depuis les côtes jusqu’à 50 mètres de profondeur, précise Guillaume Charria, chercheur en océanographie physique à l’Ifremer. Nous pourrons ainsi étudier en détails ces mêmes structures (tourbillons, courants, panaches de fleuves), leurs mécanismes et leurs impacts sur ces écosystèmes particulièrement riches en biodiversité.
Permettre une gestion plus durable des stocks d’eau douce
De manière générale, en mesurant plus finement le niveau des océans, le débit et niveaux des fleuves et lacs mais aussi en en étudiant les littoraux, SWOT permettra une gestion plus durable des stocks d’eau douce sur Terre. Les données du satellite aideront à mieux comprendre la montée du niveau des océans et l’évolution des littoraux dans un climat en pleine mutation. A cet égard, la mission fournira des informations essentielles à de nombreuses communautés scientifiques sur le plan international.
Les commentaires de Stephen Clark dans Spaceflight Now avant le lancement
« SWOT fournira une vue presque complète de l’eau de surface sur Terre », a déclaré Ben Hamlington, chercheur sur le niveau de la mer au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. « Les données collectées par SWOT sur la terre, sur l’océan et là où la terre et l’océan se rencontrent le long de nos côtes vont jouer un rôle très important en nous informant sur notre vie quotidienne et nos moyens de subsistance. »
L’Agence spatiale canadienne (ASC) a accepté l’invitation de la NASA à prendre part à la mission en fournissant des klystrons à interaction élargie (KIE) pour le radar à large fauchée de la NASA. Même s’il s’agit d’une contribution bien modeste à ce projet évalué à 1,2 milliard de dollars américains, cet élément est néanmoins essentiel vu qu’il augmente la puissance du radar pour qu’il puisse produire les impulsions hyperfréquences qui serviront à mesurer l’élévation du niveau de l’eau.
L’entreprise canadienne Communications & Power Industries Canada Inc. est reconnue dans le monde entier pour son expertise en conception de KIE de pointe : elle est la seule qui a fait ses preuves dans leur fabrication et leur utilisation dans l’espace précise l’ASC.
La fusée Falcon 9 a placé le satellite SWOT de 2,2 tonnes sur une orbite à environ 532 miles (857 kilomètres) au-dessus de la Terre à une inclinaison de 77,6 degrés par rapport à l’équateur.
SWOT déploiera son principal instrument scientifique, un interféromètre radar à deux ailes, au cours de la première semaine de sa mission, puis entamera une campagne de tests de six mois avant de commencer les opérations scientifiques à la mi-2023.
« SWOT change la donne », a déclaré Tahani Amer, responsable du programme de la NASA pour la mission. « L’eau nous relie tous et nous sommes très heureux de partager les données de SWOT. »
Le propulseur de premier étage volant dans le cadre de la mission SWOT est désigné B1071 et effectuera son sixième vol dans l’espace. Le propulseur déclenchera ses neuf moteurs pendant plus de deux minutes, accélérant le Falcon 9 au-delà de la vitesse du son avec 1,7 million de livres de poussée. La trajectoire initiale de Vandenberg emmènera la fusée au sud-ouest de la côte centrale de la Californie, puis virera vers le sud avec un virage à gauche, ou une manœuvre «dogleg», pour s’aligner avec le plan orbital cible du satellite SWOT.
Après avoir éteint les neuf moteurs du premier étage du Falcon 9, il se détachera de l’étage supérieur, puis rallumera trois de ses moteurs pour une combustion « boost back » pour inverser la trajectoire et retourner à la zone d’atterrissage 4 à Vandenberg, à seulement un quart de mile de la rampe de lancement de la fusée. Après avoir étendu quatre ailerons de grille aérodynamiques, le propulseur reviendra à un atterrissage propulsif sur quatre jambes déployables environ sept minutes et demie après le décollage.
L’étage supérieur, quant à lui, continuera sa trajectoire pour placer le satellite SWOT sur une orbite de stationnement préliminaire avec un tir de six minutes de son moteur Merlin unique.
La fusée a longé l’Antarctique et s’est dirigée vers le nord au-dessus de l’océan Indien avant de rallumer son moteur 43 minutes après le début de la mission pour une brève combustion afin de circulariser son orbite à environ 532 milles d’altitude, avec une inclinaison de 77,6 degrés par rapport à l’équateur.
Le vaisseau spatial SWOT se séparera de l’étage supérieur du Falcon 9 environ 52 minutes après le décollage. Les équipes au sol en France ont reçu les premiers signaux radio du satellite et pu confirmer l’extension des panneaux solaires générateurs d’électricité sur le vaisseau spatial SWOT peu après son arrivée en orbite.
L’interféromètre radar en bande Ka, appelé KaRIn, se compose de deux antennes montées sur des perches distantes de 33 pieds (10 mètres), soit environ la moitié de la longueur d’un court de tennis. L’une des antennes orientées vers le bas transmettra des impulsions radar, et les deux antennes de l’instrument mesureront les signaux radar réfléchis qui rebondissent sur la surface de la Terre. Les scientifiques peuvent déduire la hauteur des niveaux d’eau dans les océans, les lacs et les rivières à partir de la petite différence de temps pendant laquelle les signaux réfléchis arrivent à chaque antenne.
« Ces antennes doivent être maintenues extrêmement stables et pointées au même endroit sur la Terre à quelques microns près, ce qui est plus petit qu’un cheveu humain », a déclaré Parag Vaze, chef de projet SWOT au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. « Le radar envoie des impulsions électromagnétiques à partir d’une antenne qui se réfléchissent sur la surface de la Terre et sont reçues par les deux antennes en même temps. Cela fournit une mesure très précise de la hauteur en utilisant une technique de triangulation appelée interférométrie. Cela nous permet de créer une carte 2D de l’eau de surface.
Quatre caméras du satellite SWOT prendront des photos de la séquence de déploiement des panneaux solaires et de l’antenne radar du vaisseau spatial, qui devrait prendre environ quatre jours et devrait être terminée environ huit à neuf jours après le lancement, a déclaré Parag Vaze.
« Nous nous attendons à avoir de belles images, ainsi qu’un film sur le déploiement de l’antenne en particulier », mentionne Parag Vaze. « Nous nous attendons à ce que ce soit un beau cadeau de fin d’année. »
SWOT tirera ses petits propulseurs de manœuvre pour élever son orbite à une altitude de 553 miles (891 kilomètres) avant de commencer les observations scientifiques l’année prochaine. Les scientifiques calibreront l’interféromètre radar en comparant ses résultats aux mesures de référence des précédents satellites d’océanographie.
« Le système de mesure est complexe, exigeant une stabilité extraordinaire de l’instrument et un contrôle de précision du grand vaisseau spatial, faisant de SWOT une mission très difficile », a déclaré Lee-Lueng Fu, scientifique du projet SWOT au JPL. « SWOT couvrira le monde entre 78 degrés nord et 78 degrés sud tous les 21 jours, offrant une vue haute définition de la topographie des eaux de surface et des océans. »
Au lieu de collecter des points de données sur le niveau de la mer et la hauteur des vagues en ligne avec la trajectoire au sol du satellite, comme le faisaient les satellites océanographiques précédents, l’instrument de SWOT effectuera des mesures dans une bande de 75 miles (120 kilomètres) de large alors qu’il fait le tour de la Terre toutes les heures-et-un -la moitié. Les mesures de SWOT seront plus précises que celles des anciens satellites océanographiques, qui se limitaient à collecter des données sur le niveau de la mer et les vagues en haute mer.
SWOT aura la résolution de mesurer les niveaux d’eau dans les lacs et les réservoirs, les rivières et les eaux océaniques plus proches des côtes. Les détails plus fins des données de SWOT permettront aux scientifiques d’observer des tourbillons à petite échelle où l’océan absorbe la chaleur de l’atmosphère.
« Seul SWOT sera en mesure de voir les petits tourbillons et fronts qui sont responsables ou qui absorbent la chaleur de l’atmosphère », a déclaré Fu. « Ce sont les analogues océaniques des orages, créant des mouvements verticaux intenses, attirant la chaleur de l’atmosphère et la stockant dans l’océan profond. Ces nouvelles informations aideront à améliorer les modèles océaniques pour prédire la capacité future de l’océan à continuer d’absorber la chaleur pour réguler le changement climatique.
Les données de SWOT seront distribuées gratuitement dans le monde entier, aidant les chercheurs sur le climat, les agences de gestion de l’eau et les organisations de préparation aux catastrophes à suivre les effets du changement climatique, à surveiller les ressources en eau rares et à répondre aux inondations et aux sécheresses.
« L’observation des eaux de surface sur terre est ce dont nous avons besoin pour évaluer le budget de l’eau douce », a déclaré Fu. « Dans un climat qui se réchauffe, le cycle de l’eau de la Terre s’accélère, rendant les ressources en eau difficiles à suivre et à gérer. Où est l’eau ? D’où est ce que ça vient? Et puis où va-t-elle ? Ce sont des questions auxquelles nous ne sommes pas équipés pour répondre car les rivières et les lacs du monde sont mal échantillonnés dans de nombreux endroits.
« SWOT fera un saut quantique en faisant des observations depuis l’espace pour créer un inventaire mondial des ressources en eau », a déclaré Fu. « L’eau est aussi une source de dangers. Si le bilan hydrique est déséquilibré, nous aurons soit des inondations, soit de la sécheresse. Les données SWOT nous aideront à améliorer la surveillance et les prévisions de ces périls. »
« Les données SWOT seront utilisées pour surveiller les conditions de sécheresse, améliorer les prévisions d’inondation, surveiller le volume du réservoir et évaluer le débit de la rivière », a déclaré Hamlington.
Outre la charge utile de l’interféromètre radar, SWOT transporte un altimètre radar de fabrication européenne similaire aux instruments embarqués sur la famille Jason de satellites de surveillance des océans. Plus récemment, des scientifiques européens et américains se sont associés pour développer et lancer le satellite Sentinel-6 Michael Freilich en 2020 afin de poursuivre l’enregistrement continu des données sur le niveau de la mer et la hauteur des vagues de la série Jason de satellites d’altimétrie océanique.
SWOT dispose d’un radiomètre à micro-ondes fourni par la NASA pour corriger les erreurs dans les signaux de l’interféromètre radar causées par la vapeur d’eau dans l’atmosphère terrestre. Et surtout, le satellite embarque des équipements permettant aux équipes au sol de déterminer sa position exacte dans l’espace avec une précision de seulement 1 centimètre, selon Thierry Lafon, chef de projet SWOT au CNES.
La charge utile scientifique des satellites générera un téraoctet de données par jour, a déclaré Vaze. SWOT transmettra les données au sol avec un système de communication en bande X.
Thales Alenia Space a construit le satellite SWOT dans son usine informatique de Cannes, en France. La NASA a expédié la charge utile de l’interféromètre radar de fabrication américaine du JPL en Californie à l’usine d’assemblage de satellites Thales en France, puis l’ensemble du vaisseau spatial a été ramené en Californie en octobre sur un avion cargo militaire américain C-5 pour commencer les derniers préparatifs de lancement.
Un groupe indépendant de scientifiques a identifié la mission SWOT comme une priorité élevée dans un rapport d’enquête décennale de 2007, incitant la NASA et le CNES à s’engager à financer le projet.
Remerciements à Yves Henocque qui a signalé à la Rédaction l’article publié par la Nasa sur le lancement de SWOT, à Raymond Zaharia du Club des argonautes et Jean-François Crétaux, CNES, responsable scientifique du volet hydrologie de la mission SWOT au Legos qui ont permis d’apporter des précisions.
POINTS DE REPÈRE
Le lanceur Falcon 9, partiellement réutilisable, est développé par la société américaine SpaceX (Space Exploration Technologies Corporation) dont Elon Musk est le président. Le vendredi 16 décembre à 3 h 46 PT, SpaceX a lancé la mission SWOT (Surface Water and Ocean Topography) de la NASA en orbite terrestre basse depuis le Space Launch Complex 4E (SLC-4E) à Vandenberg Space Force Base.
A la « Une » : © Thales Alenia Space – Le satellite de topographie des eaux de surface et des océans, SWOT, lors des tests de déploiement de panneaux solaires à l’usine de Thales Alenia Space à Cannes, en France.
Le temps des pionniers
Le satellite Topex/Poseidon a été lancé en 1992. Vingt-cinq ans plus tard, Jason-1, 2 et 3 se sont relayés pour mesurer les océans. L’altimétrie est une mesure spatiale unique pour les océans car elle intègre les informations de courant, de température et de salinité depuis la surface jusqu’au fond des océans et elle contribue à quantifier les impacts du changement climatique. La base de mesures altimétriques amorcée il y a 25 ans avec le lancement du satellite franco-américain Topex/Poseidon est reconnue unanimement au niveau international et elle continue à s’enrichir avec les trois satellites Jason en orbite et pour l’avenir, avec Jason-CS/Sentinel-6 qui sera lancé en 2020 et SWOT qui le sera un an plus tard. Production Cnes.
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