SMOS est une mission de l’
Agence spatiale européenne initiée par le
CNES (à la sortie du Séminaire de prospective scientifique d’Arcachon en 1998) qui doit déterminer l’humidité des sols et la salinité des océans de façon à mieux comprendre ces 2 paramètres variables du cycle de l’eau qui jouent un rôle primordial dans les changements climatiques.
Pour cela, le satellite utilisera pour la première fois dans l'espace un radiomètre interféromètre fonctionnant en bande L (1,4 GhZ), une fréquence protégée de sorte qu’il ne devrait pas trop avoir trop de bruit parasite. D’une résolution de 50 km et d’une périodicité de 3 jours, cet instrument (MIRAS) améliorera grandement la connaissance que nous avons de l’océan.
La question de la salinité des océans
La salinité de surface est un indicateur intégré du cycle de l’eau, une variable climatique essentiel qu’il faut surveiller. Elle est directement liée à l’évaporation et à la précipitation des océans et à l’apport des grands fleuves. En s’intéressant à la salinité des océans, les scientifiques sont mieux à même de comprendre la composante océanique du cycle mondial de l’eau, de la circulation générale et du rôle de l’océan sur le climat.
En effet, la salinité influe sur la flottabilité de l’eau et a donc un impact important sur les courants océaniques, moteur des océans qui régulent le climat de la planète. Or, cette circulation océanique repose actuellement sur des courants chauds en surface et froids et salins en profondeur. Autrement dit, tout changement des taux de salinité des océans pourrait donner de nouveaux indices concernant le comportement des courants des océans, qui en retour pourraient permettre de prévoir des changements climatiques importants.
Concrètement, la dilution de la salinité de l'océan, liée à la fonte des glaces et/ou l'augmentation des précipitations peuvent inverser, ralentir ou détourner ces courants. Dans le cas de l’Europe, une modification du Gulf Stream, le courant marin qui nous assure un climat relativement doux, pourrait impliquer de graves perturbations de l'agriculture et du climat européen et influencer d'autres courants marins et les températures sur toute la planète.
SMOS fournira des cartes à l’échelle du globe de la salinité des océans au moins tous les trente jours.
La question de l’humidité des sols
Si la quantité totale d’eau présente sur la Terre est fixe et ne peut pas varier, elle est néanmoins en constante circulation entre les océans, l’atmosphère et les terres émergées. Bien que les sols ne contiennent qu’un petit pourcentage de ce capital, l’humidité des sols joue un rôle important dans le cycle de l’eau.
Ce cycle reste relativement mal compris et il existe très peu de mesures in situ de l’humidité des sols. SMOS tracera des cartes détaillées de cette humidité superficielle dans les interactions surface / atmosphère au moins tous les 3 jours. Ces renseignements serviront à améliorer les prévisions météo, la modélisation hydrologique, la surveillance de la photosynthèse et de la croissance des plantes ainsi que l’estimation et le suivi du cycle du carbone terrestre. Les estimations de l’humidité des sols sont aussi utiles à la prévision d’événements extrêmes tels que les inondations, les sécheresses et les vagues de chaleur. Elles trouveront aussi des applications dans le domaine agricole et la gestion des ressources en eau qui joue un rôle de premier plan dans l’économie.
Un défi technologique
Comme toutes les missions du programme
Earth Explorer de l’Agence spatiale européenne, SMOS a également pour objectif de démontrer des technologies innovantes en matière d’observation de la Terre. Combinées aux questions scientifiques abordées, ces technologies doivent fournir les bases pour le développement de nouvelles applications des données d’observations de la Terre.
Dans le cas de SMOS, construit par
Thales Alenia Space, la technologie innovante est son instrument MIRAS. C’est en effet la première fois qu’un satellite d’observation de la Terre utilise un radiomètre interférométrique 2D. Cet imageur radiométrique micro-ondes passif à ouverture synthétique est capable d’observer à la fois l’humidité des sols et la salinité des océans en capturant des images du rayonnement micro-onde émis à une fréquence de 1,4 GHz dans la bande L. Sans ce type d’interféromètre, la mission n’aurait pas pu voir le jour tout simplement parce que pour atteindre la résolution spatiale permettant l’observation de ces 2 paramètres il aurait fallu déployer une antenne démesurée !
10 ans d’effort ont permis de mettre au point cette technique qui permet notamment de synthétiser une antenne d'un diamètre égal à la plus grande distance séparant deux antennes élémentaires du radiomètre à synthèse d'ouverture. Ainsi, avec un encombrement moindre (ce qui est un critère important dès lors que l'on est dans le cadre d'une mission spatiale), on obtient une résolution spatiale suffisante pour l'observation des 2 paramètres physiques.
Développé par
EADS-CASA Espacio, MIRAS est composé d’une structure centrale et de 3 bras qui seront déployés en orbite. Chacun d’eux comportant 3 segments. 69 antennes élémentaires sont réparties sur ces 3 bras. Le principe de fonctionnement est simple. Ces antennes LICEF mesurent le rayonnement renvoyé par la Terre en bande L. les signaux captés sont ensuite transmis à une unité de corrélation centrale laquelle procède aux corrélations interférométriques croisées des signaux entre toutes les combinaisons possibles des paires de récepteurs.
En réalisant les calculs à bord, le volume des données transmises au sol est ainsi considérablement réduit.
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