Le grand bleu vu du ciel

S’exiler dans l’Espace pour étudier l’océan pourrait passer pour une lubie. Pourtant, rien de plus logique que de prendre du recul pour regarder un objet immense. « L’océan est si vaste qu’il est presque naturel de l’observer par satellite », relève Bertrand Chapron, chercheur au sein de l'équipe Satellites et interface air-mer du Lops¹, à Plouzané, près de Brest. Mais que voit-on depuis les cieux qu’on ne peut apercevoir les pieds sur Terre ? « Les satellites permettent une couverture globale de la planète et des données régulières, explique le spécialiste. Ils montrent en quelque sorte l’image en entier. »

« Mesurer l’océan »

Depuis là-haut, les quantités usuellement mesurées sont la rugosité² de la mer, par radar, et sa hauteur grâce à un altimètre, dont on peut déduire force et direction des courants et vents marins. On regarde aussi la température de surface, calculée par un radiomètre, ainsi que la salinité de l’eau ou encore sa couleur et donc sa concentration en chlorophylle. « L’objectif de toutes ces mesures, c’est de mieux comprendre le fonctionnement de l'océan, avance Bruno Blanke, océanographe physicien dans le même laboratoire. On s’imagine les courants marins comme de longs fleuves réguliers, mais il y a aussi des tourbillons, des filaments, des fleuves océaniques, différentes échelles qui se nourrissent les unes des autres… Plus nous aurons de données, mieux nous pourrons étayer les modèles climatiques et océaniques. »

C’est qu’en occupant 70 % de la surface de la Terre, l’immensité bleue, dont le transport de marchandises et les activités militaires sont tributaires, est omniprésente. Les prévisions météorologiques et climatiques dépendent de notre bonne compréhension de la machine océanique et de ses interactions avec le reste du « système Terre », de même que les conditions de vie sur le littoral, l’occurrence des événements extrêmes ou encore l’état de la biodiversité. Pour Bertrand Chapron, « sans les satellites, l’évolution de la planète sous l’effet des variations climatiques n’aurait pas été aussi évidente ». Aujourd’hui, elle est avérée grâce à ces instruments.

De nombreux satellites collectent ainsi un maximum de données : les géostationnaires³, lointains, donnent à plusieurs une image globale. D’autres, dits « à défilement », effectuent une orbite autour de la Terre pour récolter des données plus précises. « Il n’existe pas un seul satellite ni un seul type de satellite pour observer l’océan depuis l’Espace, explique Bruno Blanke. Les données sont multiples et sont combinées pour avoir le maillage le plus complet qui soit. »

Les plus connus sont les jumeaux Sentinel 3-A et 3-B du programme Copernicus de l’Esa⁴, qui se chargent d’observer la surface de la Terre, et donc celle des océans. Le satellite SWOT⁵, qui transporte un altimètre dernier cri, compte également parmi les dernières avancées technologiques : au lieu de quelques kilomètres, il pourra mesurer la hauteur de l’eau sur une bande de 120 kilomètres de large. Cependant, on ne lance pas un engin d’observation comme on lance une pièce de monnaie en l’air. Installé dans la tête d’une fusée et envoyé depuis un pas de tir⁶, il doit se positionner sur l’orbite adaptée, après s’être délesté des différents étages du projectile (réservoirs et moteurs). « Globalement, le niveau d’exigence technique est énorme, explique Sylvain Pernon, ingénieur spatial et enseignant-chercheur à l’Université de Rennes. Le satellite doit pouvoir résister aux perturbations⁷ durant le lancement et le vol, éviter la casse ou le déboitage. Ensuite, il est mis à l’épreuve des variations de températures extrêmes de l’Espace et exposé aux chocs avec des micrométéorites et des débris spatiaux. »

Plus le lancement initial est précis, moins le satellite a besoin d’utiliser le carburant restant pour se placer correctement et plus il fonctionnera longtemps. Sa durée de vie, très variable, dépend également de celle des instruments de mesure qu’il porte ainsi que de la durée des financements alloués à la mission. En effet, après les nombreuses phases de conception et d’essais viennent de longues tractations politiques et administratives. Quand ils arrivent en orbite, leur technologie « est à la pointe… d’il y a 15 ans, s’amuse Bertrand Chapron. Par exemple, SWOT a été lancé fin 2022, mais les premières études de faisabilité datent du milieu des années 1990 ! »

Une seconde prouesse est liée à la gestion des données au sol : le satellite et le capteur ne peuvent être pensés sans le reste de la chaîne de traitement. « Ils nous envoient un véritable déluge de données, acquiesce Bertrand Chapron. Il y a une masse incroyable d’instruments de mesure autour de cette planète, en acquisition quasiment constante. Il faut ensuite tout trier, les intégrer aux modèles et les rendre compréhensibles. » C’est en partie le rôle d’OceanDataLab, un laboratoire d’océanographie spatiale à Brest qui développe des outils de visualisation et d’analyse. « Des cartes en temps réel, par exemple, permettent à tout le monde de regarder les courants marins ou la température de la mer à côté de chez soi », explique Fabrice Collard, directeur du laboratoire.

Observations imparfaites

Mais l’observation satellite est loin d’être infaillible. Son plus grand ennemi ? Les nuages, en particulier pour les satellites géostationnaires. Situés à 36 000 kilomètres au-dessus de nous, ils ne peuvent faire que des mesures optiques et sont aveugles aux océans dès qu’une brume leur cache la vue. « Le spatial a complètement transformé notre connaissance de l’océan, reconnaît Bruno Blanke. Mais les mesures de température et d’élévation de la mer ne concernent que les premières dizaines de mètres de la colonne d'eau, ajoute le scientifique. C’est précieux pour comprendre la dynamique de surface, mais la couverture satellite ne voit rien des courants profonds. » De même, pas d’observation satellitaire de ce qu’il se passe sous la glace.

Aujourd’hui indispensable, cette observation depuis le ciel ne saurait remplacer celle in situ mais s’y ajoute. Les campagnes océanographiques permettent aux scientifiques de relever des données sur le terrain, de même qu’un réseau constitué de plusieurs milliers de flotteurs dérivants, mis en activité par des pays du monde entier, qui participe aux relevés directement en mer. « S’il y a bien quelque chose de commun entre l’Espace et les profondeurs marines, c’est le peu de connaissances que nous avons de ces extrêmes », conclut Bertrand Chapron.