OSTM/Jason-2

OSTM/Jason-2 , ou Ocean Surface Topography Mission/ Satellite Jason-2, était une mission conjointe internationale d'observation de la Terre par altimètre par satellite pour les mesures de la hauteur de la surface de la mer entre la NASA et le CNES . Il s'agissait du troisième satellite d'une série commencée en 1992 par la mission NASA/CNES TOPEX/Poseidon et poursuivie par la mission NASA/CNES Jason-1 lancée en 2001

Comme ses deux prédécesseurs, OSTM/Jason-2 a utilisé une altimétrie océanique de haute précision pour mesurer la distance entre le satellite et la surface de l’océan à quelques centimètres près. Ces observations très précises des variations de la hauteur de la surface de la mer, également appelée topographie océanique , fournissent des informations sur le niveau global de la mer , la vitesse et la direction des courants océaniques et la chaleur stockée dans l’océan.

Jason-2 a été construit par Thales Alenia Space à partir d'une plateforme Proteus , dans le cadre d'un contrat avec le CNES, ainsi que de l'instrument principal de Jason-2, l'altimètre Poséidon-3 (successeur des altimètres Poséidon et Poséidon 2 embarqués à bord de TOPEX/Poseidon et Jason-1 ). Les scientifiques considèrent que les données climatiques recueillies sur plus de 15 ans grâce à cette mission sont essentielles pour comprendre le lien entre la circulation océanique et le changement climatique mondial .

OSTM/Jason-2 a été lancé le 20 juin 2008, à 07h46 UTC , depuis le Space Launch Complex 2W de la base aérienne de Vandenberg en Californie , par une fusée Delta II 7320. Le vaisseau spatial s'est séparé de la fusée 55 minutes plus tard.

Il a été placé sur une orbite circulaire non héliosynchrone de 1 336 km (830 mi) avec une inclinaison de 66,0° par rapport à l'équateur terrestre , ce qui lui a permis de surveiller 95 % des océans libres de glace de la Terre tous les 10 jours. Jason-1 a été déplacé du côté opposé de la Terre par rapport à Jason-2 et survole désormais la même région de l'océan que Jason-2 a survolée cinq jours plus tôt. Les trajectoires au sol de Jason-1 se situent à mi-chemin entre celles de Jason-2, qui sont distantes d'environ 315 km (196 mi) à l'équateur. Cette mission en tandem entrelacée a fourni deux fois plus de mesures de la surface de l'océan, mettant en évidence des caractéristiques plus petites telles que les tourbillons océaniques. La mission en tandem a également contribué à ouvrir la voie à une future mission d'altimètre océanique qui collecterait des données beaucoup plus détaillées avec son seul instrument que les deux satellites Jason ne le faisaient ensemble.

Avec OSTM/Jason-2, l'altimétrie océanique est passée du stade de la recherche au stade opérationnel. La responsabilité de la collecte de ces mesures est passée des agences spatiales aux agences mondiales de prévision météorologique et climatique, qui les utilisent pour les prévisions météorologiques et climatiques à court, saisonnier et à long terme.

• Prolonger la série chronologique des mesures de la topographie de la surface océanique au-delà de TOPEX/Poseidon et Jason-1 pour réaliser deux décennies d'observations
• Fournir un minimum de trois années de mesures de la topographie de la surface des océans à l'échelle mondiale
• Déterminer la variabilité de la circulation océanique à des échelles de temps décennales à partir des données combinées de TOPEX/Poseidon et Jason-1
• Améliorer la mesure de la circulation océanique moyenne dans le temps
• Améliorer la mesure du changement global du niveau de la mer
• Améliorer les modèles de marées en haute mer

« Les altimètres radar embarqués dans l'espace se sont révélés être d'excellents outils pour cartographier la topographie de la surface des océans, les collines et les vallées de la surface de la mer. Ces instruments envoient une impulsion micro-onde à la surface de l'océan et mesurent le temps qu'il lui faut pour revenir. Un radiomètre micro-onde corrige tout retard qui pourrait être causé par la vapeur d'eau dans l' atmosphère . D'autres corrections sont également nécessaires pour tenir compte de l'influence des électrons dans l' ionosphère et de la masse d'air sec de l'atmosphère. La combinaison de ces données avec la position précise du vaisseau spatial permet de déterminer la hauteur de la surface de la mer à quelques centimètres près (environ un pouce). La force et la forme du signal de retour fournissent également des informations sur la vitesse du vent et la hauteur des vagues océaniques. Ces données sont utilisées dans les modèles océaniques pour calculer la vitesse et la direction des courants océaniques ainsi que la quantité et la localisation de la chaleur stockée dans l'océan, ce qui, à son tour, révèle les variations climatiques mondiales ».

L'instrument T2L2 (Time Transfer by Laser Link) est une autre charge utile embarquée sur Jason-2. Il permet de synchroniser les horloges atomiques des stations au sol et de calibrer l'horloge embarquée de l'instrument DORIS de Jason-2. Le 6 novembre 2008, le CNES a annoncé que l'instrument T2L2 fonctionnait correctement.

OSTM/Jason-2 était un effort conjoint de quatre organisations. Les participants à la mission étaient :

• Administration nationale des océans et de l'atmosphère (NOAA)
• Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ( NASA )
• Centre national d'études spatiales ( CNES )
• Organisation européenne pour l'exploitation de satellites météorologiques (EUMETSAT)

Le CNES a fourni le satellite, la NASA et le CNES ont conjointement fourni les instruments de la charge utile, et le programme de services de lancement de la NASA au centre spatial Kennedy était responsable de la gestion du lancement et des opérations de compte à rebours. Après avoir terminé la mise en service en orbite du satellite, le CNES a transféré l'exploitation et le contrôle du satellite à la NOAA en octobre 2008.

Le CNES a traité, distribué et archivé les produits de données de qualité scientifique qui sont devenus disponibles en 2009. EUMETSAT a traité et distribué les données opérationnelles reçues par sa station au sol aux utilisateurs en Europe et a archivé ces données. La NOAA a traité et distribué les données opérationnelles reçues par ses stations au sol aux utilisateurs non européens et a archivé ces données avec les produits de données du CNES. La NOAA et EUMETSAT ont toutes deux généré des produits de données en temps quasi réel et les ont distribués aux utilisateurs.

La NASA a évalué les performances des instruments suivants : le radiomètre micro-ondes avancé (AMR), la charge utile du système de positionnement global (GPS) et l'ensemble de rétroréflecteurs laser (LRA). La NASA et le CNES ont également validé ensemble des produits de données scientifiques. Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie , a géré la mission pour la Direction des missions scientifiques de la NASA à Washington, DC

Les deux précédentes missions d'altimétrie, TOPEX/Poseidon et Jason-1 , ont permis des avancées majeures dans la science de l'océanographie physique et dans les études sur le climat. Leurs 15 années d'enregistrement de données sur la topographie de la surface océanique ont fourni la première occasion d'observer et de comprendre le changement global de la circulation océanique et du niveau de la mer. Leurs résultats ont amélioré la compréhension scientifique du rôle de l'océan dans le changement climatique et ont amélioré les prévisions météorologiques et climatiques. Les données de ces missions ont été utilisées pour améliorer les modèles océaniques, prévoir l'intensité des ouragans et identifier et suivre les grands phénomènes océaniques/atmosphériques tels qu'El Niño et La Niña . Les données ont également été utilisées dans des applications quotidiennes aussi diverses que le routage des navires, l'amélioration de la sécurité et de l'efficacité des opérations industrielles offshore, la gestion des pêcheries et le suivi des mammifères marins.

Certains des domaines dans lesquels TOPEX/Poseidon et Jason-1 ont apporté des contributions majeures, et auxquels OSTM/Jason-2 a continué à contribuer, sont :

• Variabilité des océans

Les missions ont révélé la surprenante variabilité de l'océan, à quel point il change d' une saison à l'autre, d'une année à l'autre, d'une décennie à l'autre et même sur des échelles de temps plus longues. Elles ont mis fin à la notion traditionnelle d'un modèle quasi-stable et à grande échelle de circulation océanique mondiale en prouvant que l'océan évolue rapidement à toutes les échelles, depuis des phénomènes gigantesques tels qu'El Niño et La Niña, qui peuvent couvrir l'ensemble du Pacifique équatorial, jusqu'aux minuscules tourbillons provenant du grand Gulf Stream dans l' océan Atlantique .

• Changement du niveau de la mer

Les mesures effectuées par TOPEX/Poseidon et Jason-1 montrent que le niveau moyen de la mer a augmenté d'environ 3 mm par an depuis 1993. C'est environ deux fois plus que les estimations des marégraphes du siècle précédent, ce qui indique une possible accélération récente du taux d'élévation du niveau de la mer. Les données recueillies par ces missions altimétriques ont fourni aux scientifiques des informations importantes sur la manière dont le niveau mondial de la mer est affecté par la variabilité naturelle du climat, ainsi que par les activités humaines.

• Ondes planétaires

Les missions TOPEX/Poseidon et Jason-1 ont mis en évidence l'importance des ondes planétaires , telles que les ondes de Rossby et de Kelvin . Larges de plusieurs milliers de kilomètres, ces ondes sont entraînées par le vent sous l'effet de la rotation de la Terre et constituent des mécanismes importants pour la transmission des signaux climatiques à travers les grands bassins océaniques. Aux hautes latitudes, elles se déplacent deux fois plus vite que ce que les scientifiques pensaient auparavant, ce qui montre que l'océan réagit beaucoup plus rapidement aux changements climatiques qu'on ne le pensait avant ces missions.

• Les marées océaniques

Les mesures précises de TOPEX/Poseidon et de Jason-1 ont permis d'améliorer la connaissance des marées océaniques à un niveau sans précédent. La variation du niveau de l'eau due au mouvement des marées dans les profondeurs océaniques est connue partout sur la planète à 2,5 centimètres près. Ces nouvelles connaissances ont révisé les notions sur la façon dont les marées se dissipent. Au lieu de perdre toute leur énergie dans les eaux peu profondes près des côtes, comme on le croyait auparavant, environ un tiers de l'énergie des marées est en fait perdue dans les profondeurs océaniques . Là, l'énergie est consommée par le mélange d'eau de différentes propriétés , un mécanisme fondamental de la physique régissant la circulation générale de l'océan.

• Modèles océaniques

Les observations TOPEX/Poseidon et Jason-1 ont fourni les premières données mondiales permettant d’améliorer les performances des modèles numériques océaniques, qui sont un élément clé des modèles de prévision climatique.

Des produits de données validés à l'appui d'améliorations des prévisions météorologiques, climatiques et océaniques ont été distribués au public quelques heures après l'observation. À partir de 2009, d'autres produits de données pour la recherche climatique ont été mis à disposition quelques jours à quelques semaines après les observations effectuées par le satellite. Les données altimétriques ont une grande variété d'utilisations, de la recherche scientifique fondamentale sur le climat à l'orientation des navires. Les applications comprennent :

• Recherche sur le climat : les données altimétriques sont intégrées dans des modèles informatiques pour comprendre et prévoir les changements dans la distribution de la chaleur dans l'océan, un élément clé du climat.
• Prévisions El Niño et La Niña : comprendre le schéma et les effets des cycles climatiques tels qu’El Niño permet de prévoir et d’atténuer les effets désastreux des inondations et de la sécheresse.
• Prévision des cyclones tropicaux : les données altimétriques et les données satellitaires sur les vents océaniques sont intégrées aux modèles atmosphériques pour la prévision de la saison des ouragans et de la gravité des tempêtes individuelles.
• Routage des navires : les cartes des courants, des tourbillons et des vents vectoriels sont utilisées dans la navigation commerciale et la plaisance pour optimiser les itinéraires.
• Industries offshore : les navires câbliers et les opérations pétrolières offshore nécessitent une connaissance précise des schémas de circulation océanique, afin de minimiser les impacts des courants forts.
• Recherche sur les mammifères marins : les cachalots , les otaries à fourrure et d’autres mammifères marins peuvent être suivis, et donc étudiés, autour des tourbillons océaniques où les nutriments et le plancton sont abondants.
• Gestion des pêches : les données satellitaires identifient les tourbillons océaniques qui entraînent une augmentation des organismes composant le réseau trophique marin , attirant les poissons et les pêcheurs.
• Recherche sur les récifs coralliens : les données de télédétection sont utilisées pour surveiller et évaluer les écosystèmes de récifs coralliens , qui sont sensibles aux changements de température des océans.
• Suivi des débris marins : l’altimétrie peut aider à localiser des matières dangereuses telles que des filets de pêche flottants et partiellement submergés , du bois et des débris de navires.

La mission OSTM/Jason-2 s'est achevée le 1er octobre 2019, après que la NASA et ses partenaires de mission ont pris la décision de mettre hors service le vaisseau spatial après avoir découvert une détérioration récente importante des systèmes d'alimentation du vaisseau spatial. Le déclassement du satellite a pris quelques jours ; les dernières activités de déclassement du satellite ont pris fin le 9 octobre 2019, le satellite étant devenu totalement inactif. Étant donné que Jason-2 orbite à une altitude de plus de 1 300 km (810 mi), la NASA estime qu'il restera en orbite pendant au moins 500 à 1 000 ans après son déclassement.

Le quatrième engin spatial à faire partie de la mission de topographie de la surface des océans est Jason-3 . Comme ses prédécesseurs, l'instrument principal à bord de Jason-3 est un altimètre radar . Les instruments supplémentaires comprennent :

• Un radiomètre à micro-ondes
• DORIS (Orbitographie Doppler et Radiopositionnement Intégrés par Satellite)
• Un réseau de rétroréflecteurs laser (LRA)
• Un récepteur du système de positionnement global (GPS)

Jason-3 a été lancé depuis la base aérienne de Vandenberg à bord d'un lanceur SpaceX Falcon 9 v1.1 en 2016. Le satellite a été expédié à la base aérienne de Vandenberg le 18 juin 2015, et après des retards dus à un échec de lancement du Falcon 9 en juin 2015, la mission a été lancée le 17 janvier 2016 à 18:42:18 UTC.

Les technologies et les ensembles de données mis au point par Jason-1, OSTM/Jason-2 et Jason-3 seront poursuivis grâce aux satellites Sentinel-6 /Jason-CS, dont le lancement est prévu en 2020 et 2025.