Mission

Le contexte programmatique

La mission Jason-3 fait suite aux missions TOPEX/POSEIDON, JASON-1 et JASON-2 et permet d'en assurer la continuité. La durée de vie du satellite JASON-3 est prévue pour 5 ans (phase d'observation étendue incluse) à partir du lancement. Cette mission a donc pour objectif d'assurer la continuité opérationnelle de la collecte et de la distribution de données de haute précision sur l'étude des courants océaniques et la mesure des niveaux marins, afin d'améliorer la compréhension de ces phénomènes et leur impact sur le climat.

La mission Jason-3 prend également en compte le retour d'expérience sur les séries de données altimétriques. Ainsi, lors de l'OSTST 2009 à Seattle, les scientifiques ont insisté sur le besoin de stabilité des mesures sur les missions successives pour la mesure du niveau moyen des mers.

La mission Jason-3 assure la poursuite de la mission altimétrique de référence, reconnue par le service Copernicus (anciennement nommé GMES : Global Monitoring for Environment and Security) – MyOcean.

Cette mission a été décidée dans le cadre d'un accord entre 4 partenaires : le CNES, la NASA, la NOAA et EUMETSAT.

Les besoins élémentaires de la mission

La circulation océanique est étudiée à partir de la mesure de la hauteur du niveau de la mer, dérivée de 2 données élémentaires :

• la distance altimétrique, entre le satellite et le niveau de la mer, déduite des mesures de l'altimètre,
• la hauteur radiale du satellite par rapport à l'ellipsoïde de référence déduite des mesures de différents systèmes de localisation.

Principe de la mesure altimétrique (Crédits CNES/D. Ducros)

En outre, la distance altimétrique mesurée doit être corrigée des effets de propagation du signal radar dans la troposphère et dans l'ionosphère. C'est ainsi que l'altimètre utilisé est bi-fréquence (pour estimer le retard ionosphérique), et que la charge utile comporte aussi un radiomètre, qui permet de calculer le contenu en eau de la troposphère et d'en déduire la correction appropriée.

Les satellites TOPEX/POSEIDON, JASON-1, JASON-2 et JASON-3 utilisent la même orbite non héliosynchrone circulaire inclinée à 66° et d'altitude 1336 km. Le satellite repasse sur les mêmes points au sol tous les 10 jours, offrant ainsi un échantillonnage homogène de la surface du globe pendant cette même période. L'altitude de l'orbite est lié au besoin d'orbitographie précise (les frottements de l'atmosphère sont moindres, et les variations courtes échelles du champ de gravité terrestre y ont un effet minime). De plus, le fait que cette orbite soit non héliosynchrone évite le repliement du spectre des différentes composantes de la marée.

Objectifs Scientifiques de JASON-3

Les variations du niveau de la mer

L'altimétrie par satellite permet de mesurer finement (avec une précision centimétrique), globalement et quasiment instantanément (à l'échelle de la dynamique océanique) les variations de hauteur de la surface des océans. Cette topographie de surface est en effet variable sur de nombreuses échelles de temps et d'espace, reflétant un grand nombre de phénomènes :

• L'écart permanent par rapport à l'ellipsoïde de référence, de l'ordre de la centaine de mètres, est principalement le reflet de la structure géographique du géoïde terrestre, et donc la répartition inhomogène des masses à l'intérieur de notre planète.

• L'écart de la surface de la mer par rapport au géoïde terrestre (qui peut être déterminé indépendamment grâce aux satellites gravimétriques comme CHAMP et GRACE), de l'ordre du mètre, est appelé "topographie dynamique". Il s'agit de déformations de la surface de la mer liées à la circulation océanique globale. De façon analogue aux cartes de pression atmosphérique utilisées pour la météorologie, les courants océaniques de surface suivent les courbes de niveau avec une vitesse proportionnelle à la pente locale. On peut ainsi cartographier les grands courants marins, tels le Gulf Stream ou le Kuroshio.

Topographie dynamique moyenne, c'est-à-dire
le relief océanique correspondant à la circulation
océanique permanente. Les flèches sont proportionnelles
à la vitesse du courant. (Crédits CLS)

• Les variations temporelles de la topographie de surface permettent également l'observation et le suivi de la variabilité océanique (tourbillons, ondes de Rossby...), des marées, et de phénomènes saisonniers et/ou climatiques tels El Niño.

Tourbillons en mer des Antilles et Golfe du Mexique
(Crédit Mercator Ocean)

• Enfin, sur le long terme il est possible de suivre le niveau moyen des mers. Depuis le début de la mission TOPEX/POSEIDON en 1992, une augmentation moyenne globale du niveau de la mer d'environ 3 mm/an est observée, avec une forte variabilité spatiale (jusqu'à ± 20 mm/an selon les régions). Cette augmentation est un indicateur du réchauffement climatique, et donc à ce titre un enjeu majeur des missions d'altimétrie est de maintenir la continuité et la précision de cette mesure.

Evolution du niveau moyen des mers depuis janvier 1993
(Crédits CNES/CLS/LEGOS)

Produits dérivés de la mesure altimétrique

Outre la topographie de surface, le signal enregistré par les altimètres permet de mesurer deux autres paramètres très utiles pour la météo marine : la hauteur moyenne des vagues, et la vitesse du vent de surface. Disponibles en temps quasi-réel, ces mesures sont utilisées pour la prévision météorologique et pour la navigation.

Hauteur moyenne des vagues sur le mois de juillet 2007
(Crédits CNES/CLS)

L'altimétrie sur les continents

Bien que conçus pour la mesure de hauteur des eaux océaniques (dont la "signature radar" est bien identifiée), les altimètres ont aussi la capacité d'acquérir des observations au dessus des continents, en particulier sur toute étendue d'eau suffisamment large pour être détectable. Cette capacité a ouvert de nouvelles perspectives pour l'hydrologie continentale. Grâce aux satellites altimétriques il est ainsi possible de suivre les variations saisonnières du niveau des lacs et de certains fleuves majeurs. Ces applications trouvent toute leur importance dans les zones faiblement instrumentées car difficiles d'accès, comme le bassin amazonien.

Océanographie opérationnelle

En parallèle des objectifs scientifiques, Jason-3 doit poursuivre et améliorer les applications opérationnelles offertes par Jason-2.

Les applications de l'océanographie opérationnelle sont diverses :

• sécurité maritime
• prévention de marées noires
• gestion des ressources
• changement climatique
• prévisions saisonnières
• activités côtières
• surveillance des glaces de mer
• qualité de l'eau et pollution

En Europe, le service Copernicus - MyOcean permet de fournir des informations utiles à ces applications, à partir des systèmes d'observation de la Terre.

Mercator Océan, créé en avril 2002 et société civile de droit privé depuis le 1er septembre 2010, est partenaire de MyOcean. Mercator Océan a mis en œuvre un système permettant de décrire à tout instant, et dans tous les recoins de notre planète bleue, l'état de l'océan, composante incontournable de notre environnement.

Le système Mercator se nourrit, en entrée, des observations de l'océan mesurées par satellites (altimétrie, mais aussi température de surface) ainsi que des mesures in situ (bouées dérivantes, capteurs et profileurs de température, de salinité et de courants). Ces mesures sont "ingérées" (assimilées) par le modèle d'analyse et de prévision. L'assimilation de données d'observation dans un modèle permet ainsi la description et la prévision de l'océan jusqu'à 14 jours. Depuis octobre 2005, Mercator opère un modèle de prévision océanographique globale à la résolution du ¼°, soit environ 28 kilomètres à l'équateur.