Surface Water Ocean Topography

SWOT est le dernier né d'un programme de satellites d'altimétrie satellitaire développés conjointement par l'agence spatiale française (le CNES), et l'agence spatiale civile américaine (la NASA), dont la mission est d'étudier les étendues d'eau présentes à la surface de la Terre. Ce programme a commencé avec la mission TOPEX/Poseidon lancée en 1992 qui a permis grâce des altimètres radio et un système de positionnement précis d'établir pour la première fois la topographie et mesurer le niveau des océans avec une précision de 4,2 centimètres. Cette mission a permis de déterminer les changements affectant le niveau des mers et de déterminer comment la chaleur excédentaire était stockée dans les couches supérieures des océans. La mission TOPEX/Poseidon s'est achevée en 2006 à la suite de la défaillance d'une roue à réaction après 13 années de fonctionnement alors que sa durée projetée était de 3 ans. Trois autres satellites de la série Jason aux caractéristiques similaires ont été développés par les deux agences et lancés en 2001, 2008 et 2016. Par la suite la collecte des données océanographiques a été intégrée dans le programme Copernicus de l'Union Européenne : un premier satellite, Sentinel 6/Jason-CS/Michael Freilich a été développé dans le cadre d'un programme désormais géré et financé par l'Agence spatiale européenne et lancé en 2020. Le lancement d'un deuxième satellite est programmé en 2025[1].

L'eau douce constitue une ressource de plus en plus rare et précieuse compte tenu des besoins croissants liés à l'augmentation générale de la population et au développement de la société. Dans ce contexte, il est nécessaire de disposer d'outils permettant d'utiliser au mieux les réserves existantes tout en les préservant. Les outils existants qui reposent sur un réseau d'appareils fournissant les fluctuations de niveaux à des points fixes des rivières ne permettent de disposer que d'une représentation grossière de la distribution spatiale et temporelle des eaux de surface. Les processus qui conduisent aux inondations sont mal anticipés. L'altimétrie satellitaire permet de faire progresser de manière importante au cours des 2 dernières décennies, la connaissance de la circulation océanique en réalisant des mesures altimétriques mettant en évidence les différences de niveau créées par les courants marins. Mais son application aux eaux continentales est limitée par la faible résolution spatiale (distance entre deux points mesurés) de l'instrumentation embarquée (200 à 300 km). Il fallait concevoir un nouvel instrument pour supprimer cette limitation. C'est dans cette optique que la mission SWOT a été conçue[2].

KaRIN (Ka-band radar Interferometer) est un altimètre reposant sur l'utilisation d'un radar à synthèse d'ouverture altimètre interféromètre fonctionnant en bande Ka. KaRIN comprend deux antennes radar situées à chaque extrémité d'un mât de 10 m permettant d'effectuer des relevés altimétriques sur une largeur de 120 km (2*60 km de part et d'autre d'une bande nadir de 20 km). La zone couverte comprend donc deux bandes, larges de 60 kilomètres, séparée par un intervalle de 20 kilomètres qui est pris en charge par l'altimètre Poseidon-3C. Compte tenu de la largeur du relevé effectué à chacun de ses passages, le satellite qui est placé sur une orbite géocentrique à 891 km effectue un passage sur l'ensemble des surfaces couvertes d'eau de la planète au minimum deux fois tous les 21 jours, et jusqu'à 7 fois aux latitudes extrêmes vues par le satellite, soit 77.6° Nord et Sud. L'instrument KaRIN est capable de réaliser des mesures sur les fleuves de plus de 100 m de large (voire on l'espère 50 m), ainsi que sur les étendues d'eau de plus de 250 m par 250 m, ceci avec une précision décimétrique. Il peut également quantifier les pentes avec une précision de l’ordre 1,7 cm/km[10].

Poseidon-3C est un altimètre qui vient compléter les mesures effectuées par KaRIN en effectuant les mesures au nadir sur une largeur de 20 kilomètres entre les deux bandes latérales prises en charge par cet instrument. Poseidon-3C dérive de l'instrument embarqué sur Jason-3. Il permet de mesurer la distance entre le satellite et la surface, la hauteur des vagues et la vitesses du vent en utilisant deux fréquences (bande Ku et C). L'instrument émet une onde radar qui est captée après réflexion sur la surface par une antenne parabolique de 1,3 mètre de diamètre. La fréquence des signaux est 2020 Hertz et alterne émission en bande KU et en bande C (séquence : 2 signaux Ku, 1 signal C, 3 signaux Ku). L'instrument est fourni par le CNES[11].

Le radiomètre AMR (Advanced Mirowave Radiometer) est utilisé pour déterminer la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère terrestre sur le passage des signaux des altimètres. Les données résultantes sont utilisées pour corriger les mesures de ces altimètres. Le radiomètre émet dans la bande des micro-ondes dans trois fréquences différentes (18,7, 23,8 et 34 GHz) pour prendre en compte le vent en surface, la température de l'océan, sa salinité, la présence d'écume, ... L'instrument, qui dérive de celui embarqué sur Jason-3, est développé par le Jet Propulsion Laboratory[12].

DORIS 'Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) est un système de localisation développé par le CNES dans les années 1980 qui permet de déterminer la position du satellite grâce à un réseau de 40 à 50 stations terrestres émettant des signaux radio omnidirectionnels. Le satellite SWOT embarque un récepteur de nouvelle génération mis au point pour le satellite Sentinel-3 qui permet de recevoir simultanément le signal de 7 balises. Cet équipement permet de déterminer la position du satellite avec une précision de 3,5 centimètres[13].

GPSP est un récepteur du système de positionnement par satellite GPS qui est utilisé pour déterminer la position précise du satellite. Ses performances sont identiques à celles de l'équipement embarqué sur le satellite d'altimétrie Jason-3. Cet instrument est fourni par le Jet Propulsion Laboratory[14].

LRA est un réflecteur laser composé de plusieurs cubes en quartz disposés sur une structure en forme de cône tronqué. Il est conçu pour réfléchir les émissions laser de stations terrestres. Celles-ci en mesurant le temps mis par le rayon pour faire l'aller-retour déterminent avec une grande précision la position du satellite[15].

A gauche zones couvertes par les mesures au bout de 3 jours d'observation. À droite couverture à l'issue d'un cycle complet de 21 jours. L'échelle à l'extrême droite indique le nombre de passes effectuées (entre 1 vers l'équateur et 22 aux latitudes les plus nordiques au-dessus d'un point donné en fonction de sa latitude.

• « Mission SWOT », sur Aviso (consulté le 2 décembre 2021) — Site français décrivant les instruments, le déroulement du projet et les objectifs scientifiques.
• (en) « SWOT », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le 8 janvier 2023) — Page en anglais du site de l'Agence spatiale européenne décrivant les instruments, le déroulement du projet et les objectifs scientifiques.
• (en) « SWOT », Jet Propulsion Laboratory (consulté le 8 janvier 2023) — Site de la NASA consacré à la mission.
• (en) NASA, SWOT Press kit, NASA, 2008, 30 p. (lire en ligne) — Dossier de presse de la NASA fourni pour le lancement de la mission.

• Altimétrie satellitaire
• Hydrologie
• SARAL, mission d'altimétrie satellitaire utilisant la bande Ka.

• (fr) Page SWOT sur le catalogue des missions CNES.
• Thierry Lafon, « SWOT, le satellite qui va révolutionner l’étude de l’eau sur Terre », sur The Conversation (consulté le 15 décembre 2022)