Pourquoi la nouvelle mission de la NASA étudiera l’eau de la Terre depuis l’espace

Avant le lever du soleil jeudi, une fusée transportant le satellite Surface Water and Ocean Topography décollera de la Vandenberg Space Force Base au nord de Santa Barbara.

Lorsque SWOT atteindra sa destination à 553 miles au-dessus de la surface de la Terre, une nouvelle ère dans l’étude du changement climatique commencera.

Le satellite sera le premier à étudier presque toutes les eaux de surface du monde, permettant aux chercheurs de suivre de manière cohérente le volume et le mouvement de chaque océan, rivière, lac et ruisseau de la planète.

Cette mission conjointe de la NASA et du Centre national d’études spatiales français est soutenue par une alliance unique de scientifiques de la Terre désireux de répondre aux questions clés sur inondations, modèles climatiques et notre futur approvisionnement en eau.

Le satellite pourra voir à travers les nuages ​​d’orage et mesurer avec précision la hauteur des eaux de crue lorsque les jauges terrestres sont submergées. Si un pays refuse de partager des informations sur son utilisation de l’eau le long d’un fleuve, le vaisseau spatial pourra les fournir à la place.

SWOT est conçu pour observer la planète avec une précision et une fréquence sans précédent, renvoyant des tonnes de données pour aider les scientifiques et les décideurs planifient les inondations, les sécheresses et l’élévation du niveau de la mer.

Les scientifiques disent que la mission de 1,2 milliard de dollars a le potentiel de changer notre compréhension de l’eau de la Terre de manière aussi significative que le microscope a changé notre vision du corps humain.

« Les possibilités sont si infinies que je ne sais presque pas par où commencer », a déclaré Tamlin Pavelsky, hydrologue mondial à l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill et responsable scientifique de l’hydrologie de la mission. « C’est comme frapper une piñata avec une batte de baseball et faire couler tous ces bonbons, et vous ne savez même pas quoi attraper en premier. »

Les satellites précédents ont surveillé les océans ou l’eau douce. SWOT sera le premier à observer les deux. La mission est un effort conjoint en océanographie et en hydrologie – deux disciplines scientifiques connexes qui sont souvent cloisonnées.

« L’ensemble du cycle de l’eau est vraiment important pour comprendre comment le changement climatique affecte les processus de surface de la Terre – et pas seulement le transport de l’eau, mais aussi la chaleur », a déclaré Patrick Barnard, directeur de recherche au Pacific Coastal and Marine Science de l’US Geological Survey. Centre de Santa Cruz qui n’est pas affilié à la mission.

Les données recueillies par SWOT, a-t-il dit, « feront grandement progresser notre compréhension non seulement du changement climatique, mais aussi de la variabilité climatique, et de la façon dont cela affecte les sécheresses et des choses comme les moussons ».

L’outil principal du satellite est l’interféromètre radar en bande Ka, ou KaRIn. Le satellite envoie des ondes radio et KaRIn enregistre la quantité de cette énergie qui revient au satellite et le temps qu’il faut pour arriver. Couplés à d’autres mesures, ces signaux de retour indiquent au satellite s’il détecte de l’eau et la hauteur de la surface de cette eau.

Une fois pleinement opérationnel en juin, SWOT examinera tout ce qui se trouve entre l’océan Arctique et l’Antarctique au moins une fois tous les 21 jours. La mission initiale durera trois ans.

« Actuellement, nous avons des satellites qui peuvent nous dire où se trouve l’eau, et nous avons des satellites qui peuvent nous dire quelle est l’élévation de l’eau, mais nous n’avons pas de satellites qui peuvent effectivement faire ces deux choses en même temps. Et c’est le genre de chose qui tue que KaRIn peut faire », a déclaré Pavelsky. « Il transforme l’eau du monde de 2D à 3D. »

Du côté de l’eau douce, SWOT fournira la première étude complète du réseau de rivières, de lacs et de ruisseaux de la planète, qui sont trop nombreux – et souvent trop éloignés – pour être surveillés de manière cohérente depuis le sol.

« Je peux enfin utiliser une méthode de télédétection pour estimer le débit des cours d’eau, plutôt que de dépendre des stations de jaugeage, qui sont assez dispersées », a déclaré Aakash Ahamed, doctorant en géophysique à l’Université de Stanford.

Sarah Cooley, hydrologue des eaux de surface à l’Université de l’Oregon, surveille les réservoirs et les lacs naturels pour déterminer comment le changement climatique et le comportement humain affectent le stockage de l’eau. Son travail s’est appuyé sur l’altimètre laser du satellite ICESat-2 de la NASA, qui fournit des données sur les 227 000 plus grands lacs et réservoirs du monde deux à quatre fois par an. Il s’agit de la technologie satellitaire d’eau de surface la plus sophistiquée actuellement disponible.

C’est sur le point de changer. SWOT renverra des données sur jusqu’à 6 millions de masses d’eau au moins une fois toutes les trois semaines. Le satellite peut détecter presque toutes les rivières d’au moins 100 pieds de large et tous les lacs de plus de 15 acres.

« C’est une énorme, énorme différence », a déclaré Cooley. « C’est en fait un peu fou de penser à ce que cela va être et à la façon dont nous allons travailler avec ces données. »

Le satellite Surface Water and Ocean Topography est déplacé dans un conteneur de transport à la Vandenberg Space Force Base en Californie, où il sera lancé en orbite mercredi.

(Chris Okula/USSF 30e Escadre spatiale)

SWOT fera également une énorme différence dans la façon dont les scientifiques surveillent les changements dans l’océan.

Depuis 1992, les données sur le niveau de la mer ont été largement mesurées par TOPEX/Poséidon et d’autres systèmes altimétriques satellitaires, ainsi qu’un réseau de marégraphes que les scientifiques ont reconstitué dans plusieurs pays, agences et instituts de recherche. Ces jauges ne fournissent que des instantanés sporadiques d’un littoral donné, et lorsqu’une tempête frappe ou qu’une inondation à marée haute submerge un quartier, les scientifiques qui tentent de mesurer le niveau de la marée s’appuient généralement sur le marégraphe le plus proche, qui est souvent à des kilomètres.

Et les altimètres déjà en orbite, bien qu’innovants pour plus d’une génération d’océanographes, ont un point aveugle : ils ne peuvent pas prendre de mesures juste au niveau de la ligne de marée. Le plus proche qu’ils peuvent obtenir est d’environ 6 milles au large; dans de nombreux endroits, les relevés sont effectués jusqu’à 18 milles de la côte.

« Nous ne savons pas exactement ce qui se passe à la côte », a déclaré Benjamin Hamlington, chercheur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à La Cañada Flintridge qui est guider la science de l’élévation du niveau de la mer sur la mission. « C’est là que SWOT entrera en jeu. »

Benjamin Hamlington, chercheur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à La Cañada Flintridge, a déclaré que la mission SWOT collectera des données essentielles à notre compréhension du changement climatique.

(Carolyn Cole / Los Angeles Times)

Le nouveau satellite mesurera également des caractéristiques plus subtiles en haute mer que d’autres satellites n’ont jamais été en mesure de capturer avec clarté. Ces courants et modèles de circulation à plus petite échelle jouent un rôle important mais peu compris dans la façon dont l’océan absorbe la chaleur – et où elle va finalement. (Il convient de noter que l’océan a absorbé plus d’un quart du dioxyde de carbone émis par l’homme depuis la révolution industrielle, et environ 90 % de la chaleur qui en résulte.)

Cette connaissance est essentielle à notre compréhension du changement climatique, a déclaré Hamlington, qui dirige également l’équipe de changement du niveau de la mer de la NASA. Les inondations côtières devraient frapper avec une fréquence et une intensité accrues au cours des prochaines décennies, et les données de SWOT amélioreront considérablement les prévisions sur lesquelles les communautés s’appuient pour se préparer à cet avenir.

Barnard, qui supervise les recherches de l’USGS sur les impacts climatiques et les risques côtiers le long de la côte ouest et dans le bassin de l’océan Pacifique, a déclaré que la technologie des satellites avait complètement révolutionné son domaine.

Traditionnellement, un chercheur peut passer plusieurs années à étudier une seule plage, un seul lac ou une seule vallée fluviale. La communauté scientifique intégrerait alors ce travail dans le plus grand puzzle du système terrestre.

Au cours de la dernière décennie seulement, Barnard et son équipe ont recruté des scientifiques au Japon, en Australie, en Nouvelle-Zélande et au Canada pour étudier comment El Niño et les conditions climatiques changeantes ont de plus en plus menacé les communautés côtières du bassin du Pacifique. Il a fallu 200 000 heures pour collecter et analyser les données de 48 plages sur trois continents, ne représentant finalement que 124 des 6 200 miles de rivage sablonneux le long du Pacific Rim.

« Maintenant, depuis l’espace, nous pouvons obtenir beaucoup de ces informations quotidiennement, si nous le voulions vraiment, et de n’importe où dans le monde – ce qui est tout simplement époustouflant », a déclaré Barnard.

SWOT ne remplacera pas complètement le travail de terrain sur le sable. Au cours des premières années de la mission, les scientifiques devront valider ses résultats par des mesures approfondies sur le terrain.

La quantité de données que SWOT renverra présente ses propres défis. Le stockage et le traitement de cette quantité d’informations est une entreprise majeure en soi.

C’est aussi exaltant. Les chercheurs affirment que la technologie transformationnelle comme SWOT offre non seulement de nouvelles réponses aux problèmes existants, mais qu’elle soulève entièrement de nouvelles questions, a déclaré Cooley, l’hydrologue des eaux de surface de l’Oregon.

« C’est vraiment excitant en tant que scientifique », a-t-elle déclaré.