Sentinel-6, la nouvelle génération de satellites européens de surveillance des océans

Samedi, un lanceur Falcon 9 de SpaceX a lancé avec succès, depuis la base de l’US Air Force de Vandenberg en Californie (États-Unis), le satellite Sentinel-6A Michael Freilich du programme européen Copernicus. Fruit d’une coopération entre les États-Unis et l’Europe, ce satellite altimétrique de surveillance des océans a été placé à 1.336 mètres d’altitude d’où il pourra, notamment, mesurer avec une précision inédite le niveau des mers.

Comprenant deux satellites identiques, la mission permettra de poursuivre la série ininterrompue de mesures de haute précision des océans depuis l’espace ; celle-ci a été entamée il y a presque trente ans avec Topex-Poseidon, première grande mission altimétrique franco-américaine lancée en août 1992. Sentinel-6B, le deuxième satellite de la mission, sera lancé en 2026, toujours dans un souci de garantir la continuité des données.

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Cette mission n’est pas seulement scientifique. Elle est utile aux prévisionnistes de la météorologie. Les données des satellites Sentinel-6 permettront d’améliorer les prévisions des phénomènes météorologiques à fort impact et des phénomènes climatiques largement influencés par les océans, comme les canicules, les cyclones tropicaux et les étés ou hivers particulièrement chauds ou froids.

Les satellites Sentinel-6 A et B sont construits à l’identique par Airbus. Chaque satellite emporte la même charge utile, qui compte 6 instruments scientifiques, afin d’assurer la cohérence des mesures. L’instrument principal de chaque satellite, l’altimètre radar Poseidon-4, sera fourni par Thales Alenia Space, le leader mondial en altimètre spatial. Eumetsat, l’Organisation européenne pour l’exploitation des satellites météorologiques, prendra le contrôle des opérations du satellite et sera responsable des opérations courantes ainsi que du traitement et de la diffusion des données altimétriques.

Les principaux apports de Sentinel-6A Michael Freilich pour la surveillance des océans sont :

• Indicateur du niveau de la mer. Sentinel-6 va contribuer à la surveillance du niveau de la mer.
• Des modèles d’océan à plus haute résolution. Sentinel-6 va permettre de décrire les structures océaniques plus finement notamment sur les côtes.
• Des prévisions de la circulation océanique plus précises. Sentinel-6 va contribuer à réduire les erreurs de prévision de la hauteur de mer de 10 à 20 %.
• Une référence pour les autres altimètres satellitaires. Les satellites Sentinel-3 ABCD vont être inter-calibrés grâce à Sentinel-6A Michael Freilich.

Article de Rémy Decourt publié le 28/11/2019

L’élévation continue du niveau des mers est l’un des principaux impacts du changement climatique et l’indicateur majeur du réchauffement climatique à l’œuvre dans l’océan et la cryosphère. Depuis 1992, cette hausse est mesurée depuis l’espace au millimètre près. Pour garantir la continuité de cette mesure, Sentinel 6, une nouvelle famille de satellites Copernicus est en cours de développement. Les explications de Benoit Meyssignac, climatologue au Cnes.

Sentinel 6A, également appelé Jason CS (continuité de service), est le premier satellite d’une nouvelle famille Sentinel du programme d’observation de la Terre Copernicus, dont la mission est de mesurer l’élévation du niveau de la mer et la hauteur des grands lacs et rivières.

Il sera lancé par un Falcon 9 de SpaceX, fin 2020, depuis la base Vandenberg de l’U.S. Air Force en Californie. En attendant, il subit ses derniers essais dans le centre d’essais spatiaux de la société IABG (Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH) à Ottobrunn, près de Munich. Actuellement, deux satellites Sentinel 6 sont développés sous la maîtrise d’œuvre industrielle d’Airbus, dans le cadre du programme Copernicus et d’une coopération internationale impliquant l’ESA, la Nasa, la NOAA et Eumetsat.

À ceux qui s’étonnent que l’Europe se dote d’un nouveau satellite altimétrique, après ceux des familles Sentinel 3 et Jason, Benoit Meyssignac, climatologue au Cnes, nous explique son intérêt et pourquoi il est « nécessaire de perpétrer ces mesures aussi longtemps que possible quand on étudie le climat qui se caractérise par des phénomènes physiques, qui s’étendent sur des dizaines d’années à des centaines d’années ».

Il faut savoir que l’élévation du niveau des mers est l’un des « principaux impacts du changement climatique » et l’« indicateur majeur du réchauffement climatique à l’œuvre dans l’océan et la cryosphère ». Mesurer cette élévation a son importance « car l’océan joue un rôle clé dans la machine climatique » et que la grande majorité de cette hausse est « une conséquence directe du réchauffement climatique d’origine anthropique ». D’où la nécessité de cette mesure, qui est acquise de façon très précise depuis 1992 avec Topex-Poseidon, première grande mission altimétrique franco-américaine lancée en août 1992. Depuis cette date, « l’élévation du niveau de la mer est surveillée quotidiennement depuis l’orbite terrestre avec une précision qui se compte en millimètres par an ».

Entre 1993 et 2018, le « niveau de la mer à l’échelle planétaire a augmenté de 3,6 millimètres par an en moyenne ». Mais, cette hausse du niveau des mers s’est « accélérée au cours des dernières années et va continuer dans ce sens ». Entre 2013 et 2018, les données montrent une « élévation de 4,8 millimètres par an » ! Aussi petite soit-elle, cette élévation du niveau marin « n’est pas sans conséquences ». On estime que la quasi-totalité des pays bordés par la mer risquent d’en être affectés, en matière d’érosion, de recul des rivages habitables et d’exposition aux phénomènes de submersions marines lors de tempêtes amplifiant ainsi les phénomènes d’inondation, avec à la clé des conséquences économiques très significatives.

Pour observer cette tendance sur le long terme, des « données régulières sur plusieurs décennies sont indispensables, notamment pour valider les modèles climatiques développés pour simuler les évolutions futures ». Selon les scénarios retenus, si l’on suit l’Accord de Paris qui prévoit de contenir l’élévation de la température de la planète en dessous de 2 °C par rapport aux niveaux préindustriels, la « hausse du niveau des mers devrait augmenter de 43 centimètres environ d’ici 2100 » et dans un scénario sans réduction d’émissions de gaz à effet de serre, la « hausse attendue se situera autour de 84 centimètres, voire jusqu’à 1,10 mètre ».

Sentinel 6 s’inscrit dans cette stratégie de continuité qu’il garantira au moins jusqu’au début de la décennie 2030 (Sentinel 6B sera lancé en 2025-2026). Cette mission suivra les traces des missions de référence depuis 1992, avec une orbite inclinée à 66°, à une altitude de 1.336 kilomètres avec un gain de performance de 25 % : des 5 centimètres de Topex-Poseidon (1992), on atteint avec Jason 3 une précision de 2,5 cm et « l’on vise 1,5 cm avec Sentinel 6 ». Avec une revisite tous les 10 jours, Sentinel 6 cartographiera dans ce laps de temps 95 % des océans de la planète.

Sentinel 6 répond aussi à une exigence forte d’Eumetsat qui veut corriger la dérive de 1,9 millimètre (moyenne calculée sur trois ans au niveau de la mer) que l’on remarque dans les données de Sentinel 3 et qui s’explique par le vieillissement normal de l’altimètre du satellite. En soit, cette dérive dans la mesure du niveau de la mer n’est pas « problématique pour la mission océanographie opérationnelle de Sentinel 3, mais elle rend ces données difficilement utilisables pour des études climat, qui ne peuvent évidemment pas s’appuyer sur des données approximatives ». Sentinel 6 sera une mission dédiée au climat « et se focalisera sur cette mission », contrairement à Sentinel 3 dont la mission opérationnelle peut se contenter de cette marge d’erreur.

Il faut savoir qu’à partir des données de la mesure des niveaux des océans et des mers collectées par Sentinel 3 et Sentinel 6 de nombreuses informations peuvent être déduites qui intéressent divers secteurs liés à l’utilisation des océans tels que le transport maritime, le forage pétrolier et gazier, ou le suivi de la pêche par exemple. Parmi les informations déduites de ces données altimétriques, qui servent en effet à mieux prédire l’état de la mer et l’intensité d’ouragans, on citera en exemple les hauteurs et directions des vagues ou des courants.  

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Article de Rémy Decourt publié le 16/05/2015

Le programme européen Copernicus permet de suivre en temps réel l’état de la Planète et notamment l’élévation du niveau des mers. Celle-ci est surveillée depuis 1992 par les satellites altimétriques de la filière Jason qui permettent également de mieux comprendre le changement climatique. Pour continuer cette mission, Copernicus vient de se doter d’une sixième famille de satellites appelée Sentinel 6. Les appareils seront lancés en 2020 et 2026.

Copernicus est le programme d’observation de la Terre piloté par l’Union européenne. Il vise à doter l’Europe d’une capacité permanente d’observation et de surveillance de la Terre dans les domaines de l’environnement mais aussi de la sécurité. Il couvre tous les domaines géophysiques qui concernent notre Planète et, pour cela, il s’appuie sur plusieurs familles de satellites :

• Sentinel 1 : famille chargée des observations radar de jour et de nuit des terres émergées et des océans ;
• Sentinel 2 : famille chargée de l’observation optique de moyenne résolution des terres émergées ;
• Sentinel 3 : famille chargée de l’observation des océans et des surfaces terrestres par optique multispectrale, infrarouge et altimétrie ;
• Sentinel 4 : famille chargée de l’étude de la pollution atmosphérique depuis l’orbite géostationnaire ;
• Sentinel 5 : famille chargée de l’étude de la chimie de l’atmosphère depuis l’orbite basse.

Une réflexion, prévue en 2018, portera probablement sur l’évolution du programme Copernicus. Il sera alors question de déterminer les nouveaux besoins en termes d’instruments qui pourraient permettre d’acquérir de nouvelles mesures liées aux ressources planétaires et à la surveillance de l’environnement.

Avant même cette réflexion, le programme Copernicus vient cependant de se doter d’une sixième famille de satellites : Sentinel 6. Il s’agit d’une mission d’altimétrie spatiale qui comprend deux satellites identiques. Ceux-ci seront lancés en 2020 et 2026 pour une durée de vie contractuelle d’au moins 5 ans et demi. Ils seront réalisés par Airbus Defence and Space pour le compte de l’Agence spatiale européenne qui déléguera leur exploitation à Eumetsat. L’instrument principal de chaque satellite, l’altimètre, sera fourni par Thales Alenia Space, le leader mondial en altimètre spatial.

Tous les 10 jours, depuis une altitude d’environ 1.350 kilomètres, « ces satellites mesureront la distance qui les sépare de la surface de l’océan avec une précision de quelques centimètres et utiliseront les données recueillies pour cartographier l’ensemble de la topographie océanique », explique Michael Menking, directeur de l’observation de la Terre, de la navigation et des sciences chez Space Systems (une branche d’Airbus Defence and Space). L’observation des variations de hauteur de la surface des océans avec un tel degré de précision fournit des informations sur le niveau des mers, la vitesse et la direction des courants mais aussi sur le stockage de chaleur dans l’océan. Ces mesures sont « indispensables pour modéliser les océans et anticiper une augmentation du niveau des mers », conclut-il.

« Sentinel 6 assurera la continuité opérationnelle des missions altimétriques Jason », nous explique Yvan Baillion, responsable du programme Sentinel 3 chez Thales Alenia Space. D’ailleurs, le satellite de la mission Sentinel 6 est aussi appelé Jason CS (pour Continuité de Service). Cet intérêt pour l’altimétrie spatiale s’explique par le fait que cette discipline « fournit des données essentielles pour les modèles climatiques et l’océanographie opérationnelle ». D’où la nécessiter de poursuivre la mission d’altimétrie satellitaire commencée en 1992 avec le satellite franco-américain Topex-Poséidon qui a ouvert la voie à l’océanographie opérationnelle.

À cette nécessité de continuité des données s’ajoute le besoin de « couvrir le globe terrestre avec le maillage suffisant pour traiter les phénomènes méso-échelle (dimensions horizontales entre 2 et 2.000 kilomètres) ». Pour cela, au moins trois altimètres doivent voler simultanément. Ce sera le cas avec « deux altimètres sur Sentinel 3 (Sentinel 3A et Sentinel 3B voleront ensemble) et un altimètre sur Sentinel 6 (Sentinel 6A en 2020 puis Sentinel 6B en 2026, quand Sentinel 6A sera désorbité) ».

Les altimètres Jason 3, Sentinel 6 et Sentinel 3 sont issus d’une « même ligne de produits ». L’altimètre de Sentinel 6 sera la dernière génération des altimètres Poséidon (Poséidon 4). Il « doit permettre une meilleure précision avec une amélioration d’un facteur de deux par rapport à celui de la génération précédente à bord de Jason 3 ». Son lancement est prévu le 22 juillet à bord d’un lanceur Falcon 9 de SpaceX.

Quant à Sentinel 3, il embarque un altimètre différent qui, en plus du mode de fonctionnement des altimètres Poséidon, « possède un mode SAR permettant d’améliorer la résolution le long de la trace ». Cela permet d’obtenir des mesures plus près des côtes et de proposer des applications sur les glaces de mer.