Le 2 novembre 2024, le satellite SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) a fêté son quinzième anniversaire ! Lancé depuis le cosmodrome de Plesetsk en 2009 pour une mission de trois ans (avec un espoir de deux années supplémentaires), SMOS est toujours opérationnel et a largement dépassé les attentes de ses concepteurs et de son responsable scientifique, Yann Kerr, du laboratoire CESBIO et du CNES (Campus de la donnée). Cet anniversaire est donc une bonne occasion de réfléchir aux contributions scientifiques de SMOS.
SMOS est l'une des deux premières missions lancées dans le cadre du programme Earth Explorer de l'ESA, avec des contributions importantes du CNES et du CDTI espagnol. SMOS a initialement été conçu pour étudier trois composantes essentielles du cycle de l'eau : l'humidité du sol, la teneur en eau de la végétation et la salinité des océans. Utilisant un interféromètre micro-ondes avec 69 antennes élémentaires fonctionnant à 1,4 GHz, SMOS atteint la résolution d'une antenne de 8 mètres de diamètre, ce qui en fait de lui le seul interféromètre en bande L sur un satellite.
Au fil des ans, le rôle de SMOS s'est étendu bien au-delà de ses objectifs initiaux. Le satellite est devenu essentiel pour diverses applications, telles que la surveillance de la biomasse aérienne, la mesure des vents de surface sous les cyclones, ou encore la mesure de l'épaisseur de la glace de mer. À l'occasion de ses 15 ans, nous avons choisi d'illustrer son activité avec 15 résultats scientifiques marquants.
Cet article a été écrit par Lara Hué (CESBIO) et Yann Kerr (CNES (émérite)).
1 - Produire des cartes globales et fréquentes d'humidité de surface des sols
Les données SMOS sont uniques car l'instrument mesure directement l'humidité superficielle, sans être affecté outre mesure par les caractéristiques du milieu ou par des artefacts pouvant complètement altérer les estimations. Ces observations améliorent les prévisions météo, en particulier pour les précipitations. Depuis 2019, les données de SMOS ont été intégrées aux prévisions du Centre européen de prévisions à moyen terme (ECMWF).
2 - Observer depuis 15 ans les évolutions de la salinité des océans
Ces mesures de salinité de surface des océans sont essentielles pour comprendre la circulation océanique et aider à prédire des évènements tels que El Niño/La Niña.
3 - Découvrir de nombreuses sources illégales d'interférences dans les bandes micro-ondes protégées
SMOS observe dans une bande complètement protégée, réservée à l'astronomie. Pourtant, de fortes interférences liées aux activités humaines dégradent le signal dans certaines régions. Certaines ont été éteintes depuis son lancement, signalées grâce à une localisation précise des sources, mais d'autres persistent, particulièrement dans les zones de conflits.
4 - Avertir des risques de sécheresse pour l'agriculture
L'humidité des sols de surface mesurée par SMOS est introduite dans un modèle, pour en déduire l'humidité du sol étendue à la zone racinaire. Un indice de sécheresse fondé sur cette estimation permet de mieux anticiper les sécheresses dues à l'agriculture, pour mieux gérer l'irrigation sur de vastes territoires.
5 - Observer les changements globaux dans les ressources végétales
Grâce aux observations de SMOS acquises sous plusieurs angles d'incidence lors de chaque passage, il est possible de séparer les contributions de l'humidité des sols et de la végétation (et de son contenu en eau). Cette dernière est liée à la biomasse aérienne (au-dessus du sol). La biomasse aérienne est liée aux stocks de carbone dans la végétation et ses variations renseignent sur les échanges de carbone entre surface et atmosphère.
6 - Cartographier les fines glaces de mer
SMOS est le premier et le plus ancien satellite capable de mesurer les fines glaces de mer. Les chercheurs utilisent les cartes produites pour estimer les échanges mer/atmosphère qui sont bloqués par les glaces. Les transporteurs marins les utilisent pour planifier leurs trajets arctiques, et le suivi à long terme des glaces arctiques est un bon indicateur du changement climatique.
Un article scientifique pour en savoir plus
7 - Observer les vents violents sous les cyclones
Les observations en bande-L sont peu affectées par l'atmosphère. Cela permet d'estimer les vitesses des vents violents en surface sous les cyclones, quand les autres modes d'observation sont soit saturés, soit bloqués par les masses nuageuses.
8 - Détecter les éruptions solaires
SMOS peut détecter les éruptions solaires car elles émettent des ondes radio en bande-L, et parce que le soleil est dans le champ de vue de ses antennes. Il est important de les détecter pour éviter ou corriger les interférences sur les satellites du système global de positionnement par satellite (GNSS). L'ESA utilise donc le satellite SMOS (et aussi SWARM, un duo improbable !) pour suivre la météo de l'espace.
Un article scientifique pour en savoir plus
9 - Cartographier le fond de ciel en bande-L
Chaque mois, SMOS observe des parties du ciel pendant ses manœuvres d'étalonnage. Peu à peu, en accumulant ces mesures, il a été possible d'établir une carte complète du "fond galactique", qui est utilisée pour homogénéiser d'autres cartes produites par des observatoires au sol.
10 - Suivre le gel et le dégel des sols
Les données SMOS sont aussi utilisées pour fournir opérationnellement des données quotidiennes sur l'état des sols de l'hémisphère Nord : gelé, partiellement gelé, non gelé, en comparant les températures de brillance aux températures attendues issues d'un modèle alimenté par la météo.
L'état gelé/non gelé du sol est un paramètre essentiel des modèles d'émission de méthane par les sols arctiques.
11 - Mesurer la salinité des grands tourbillons marins
La résolution de SMOS est suffisante pour suivre la salinité dans les grands tourbillons marins qui traversent les grands fronts océaniques comme le Gulf Stream.
12 - Révéler les mystères du contenu en eau de la végétation
Dans les régions boréales et tempérées, les changements saisonniers du contenu en eau de la végétation correspondent parfaitement aux différentes étapes du développement des feuilles. Mais SMOS révèle que dans les forêts tropicales, ces variations peuvent intervenir à des dates étonnantes, révélant un comportement original qui n'est pas encore très bien expliqué.
13 - Observer la fonte des glaces au Groënland
L'eau de fonte des glaces percole dans le manteau neigeux, ou forme des lacs à la surface, ce qui peut déstabiliser les calottes de glace. Les données SMOS fournissent la série la plus longue de détection de la fonte des glaces, pour en observer les tendances dans le contexte du changement climatique.
14 - Estimer les émissions de méthane arctiques
Les hautes latitudes arctiques stockent de grandes quantités de carbone piégées dans le permafrost. Quand les températures montent, le risque de fonte du permafrost augmente, ce qui accroit les émissions de méthane.
Les données de gel/dégel issues de SMOS contribuent à l'estimation d'émissions de méthane au sein du modèle européen Carbon Tracker.
15 - Observer les eaux douces à la surface océanique
L'eau douce relâchée dans les océans par les fleuves, les précipitations ou par la fonte de la glace forme des lentilles d'eau douce à la surface de l'océan. SMOS a montré que ces lentilles d'eau douce sont transportées par les courants de surface et peuvent rester visibles pendant plusieurs semaines voire quelques mois avant de se mélanger et disparaitre.
Pour aller plus loin
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La série Terre en vue(s)
Des vidéos pour petits et grands, à la découverte des outils et instruments pour observer notre planète et comprendre notre climat depuis l'espace.
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Les conférences "Océan et espace"
Un cycle de six conférences grand public proposées par le CNES dans le cadre de la programmation Off de l'UNOC.
