Altimètre radar embarqué sur satellite

L'observation collectée par les moyens satellitaire n'est pas inscrite dans le mandat de référent national pour l'observation du niveau de la mer. Néanmoins, il convient de signaler que depuis plus de vingt ans, la qualité des radars altimètres, embarqués sur satellites, permet une excellente détermination du niveau de l'océan avec une précision nettement subdécimétrique.

 

Satellite Jason-1 ; Source : http://sealevel.jpl.nasa.gov/mission/jason-1.html ; Autheur=NASA

 

Principe

La mesure de la distance verticale du satellite à la surface de la mer est la suivante :

Elle consiste à mesurer le temps de parcours vertical aller-retour Δt de l'impulsion électromagnétique émise par le radar embarqué et réfléchie par la mer ( la surface de réflexion étant de l'ordre de 10 km² à 20 km²). En raison de la grande distance parcourue par cette onde (de l'ordre de 2000 km) dans un environnement qui n'est pas homogène, avec notamment la traversée de l'ionosphère et de la troposphère, sa célérité c n'est pas exactement celle de la lumière dans le vide. Des corrections relatives aux effets ionosphériques et troposphériques (vapeur d'eau) sur la propagation de cette impulsion électromagnétiques sont apportées.

La distance verticale ζ du satellite au-dessus de la surface de la mer est donc :

De l'ITRS au zéro hydrographique

Le suivi orbital du satellite permettant d'établir son altitude ζe dans un certain repère lié au centre de la Terre, la hauteur de la surface océanique he dans le même repère est la différence de deux grandeurs :

 

Le positionnement précis du satellite est effectué à l'aide de différentes techniques, comme la télémétrie laser, le GPS ou le système Doris, à partir de stations situées sous la trace du satellite. Les positions de ces stations sont établies dans un repère géodésique cohérent, l'ITRS (Internationak Terrestrial Reference System), avec une précision centimétrique. Il en résulte que le niveau de la mer est ainsi déterminé par rapport à cette même référence.

La correspondance de cette mesure altimétrique du niveau marin, par rapport aux références habituelles (nivellement terrestre, niveau moyen, zéro des cartes marines), pose le problème de la position relative de ces références les unes par rapports aux autres. C'est pour cette raison que des stations de suivis orbitaux, en particulier GPS et Doris sont placées à proximité des observatoires marégraphiques côtiers.

 

Interêt des marégraphes pour l'étalonnage des altimètres

L'étalonnage de l'altimètre consiste à comparer la mesure satellitale de la hauteur de la mer à celle du marégraphe dans le même référentiel. Cependant les mesures issues de l'altimétrie satellitale ne sont exploitables qu'à partir d'une certaine distance de la côte, de l'ordre de 10 km à 20 km, au moins pour deux raisons

  • La première est d'ordre technique, la réflexion du signal altimétrique est perturbée par la présence simultanée de ka terre et de l'eau,
  • La seconde est liée à la variation rapide de la forme du géoïde lors du passage de la mer à la terre

L'interprétation de l'écart entre l'indication du marégraphe côtier et la première mesure satellitale exploitable n'est pas aisée sans une connaissance préalable de la forme du géoïde local.

 

Application

Embarquée à bord de satellites, ces altimètres mesurent la hauteur de la mer en un point déterminé à quelques jours d'intervalle. Les traces orbitales sur le globe coupent l'équateur sous un angle de 60° environ et forment un réseau régulier dont la maille, de l'ordre de quelques centaines de kilomètres, varie selon la latitude. Ainsi les données en un point ne sont disponibles qu'à des intervalles de temps bien supérieurs aux périodes fondamentales de la marée. Ces contraintes posent de multiples problèmes d'analyse et de traitement de données, notamment le problème du repliement multiple du spectre de marée. Moyennant des méthodes adaptées, le manque d'un échantillonnage temporel adéquat au point fixe peut être comblé en partie par la prise en compte de l'échantillonnage spatial continu tout le long de l'orbite et des mesures aux points d'intersections des traces.

Malgré ces difficultés, cette technique spatiale, d'une précision de quelques centimètres, fournit des informations irremplaçables pour des études géophysiques et météo-océaniques à l'échelle du globe. Les informations recueillies avec le radar altimètre permettent ainsi la détermination de plusieurs éléments comme le géoïde marin, la hauteur des vagues et la vitesse du vent ainsi que l'écart entre la surface océanique et le géoïde.

Cette topographie de la surface océanique (par rapport au géoïde), particulièrement utile en océanographie physique pour la détermination des courant de surface, n'est accessible qu'après une très bonne correction de marée dont la contribution à la variabilité altimétrique est dominante. Ainsi l'altimétrie satellitale est à l'origine de regain d'intérêt de la communauté scientifique pour la marégraphie à l'échelle du globe.

 

Pour en savoir plus

 

Références

  • Simon B. (2007). La Marée - La marée océanique et côtière. Edition Institut océanographique, 434pp.

 

 

Dernière mise à jour de la page : 18/08/2012