GOCE en détails

Contexte

GOCE Ă©tait la première mission cadre de la famille Earth Explorer du programme Living Planet de l’ESA. Elle a Ă©tĂ© sĂ©lectionnĂ©e en novembre 1999. Dans cette famille de missions se trouve Ă©galement la mission SWARM ainsi que celle du satellite Aeolus, aujourd’hui terminĂ©e.

Le géoïde est la surface de l'océan global au repos (sans courants), qui constitue une équipotentielle de pesanteur, c'est-à-dire une surface où l'eau est en équilibre gravitationnel et n'a de raison de s'écouler dans un sens ou un autre. Le géoïde se prolonge sous les continents, définissant ainsi le niveau zéro des altitudes.

La mission de GOCE avait pour objectif de fournir des données pour mieux définir cette surface de référence.

Objectifs

  • Cartographier le champ de gravitĂ© terrestre

  • AmĂ©liorer la prĂ©cision du modèle de champ de gravitĂ© terrestre

  • Fournir le gĂ©oĂŻde

L'objectif scientifique de GOCE était de cartographier le champ de gravité terrestre à haute résolution (100 Km sur le globe, ou un modèle du champ de gravité développé jusqu'au degré 200) avec une erreur inférieure à 2-3 cm à cette échelle. Une amélioration de la précision d'environ un ordre de magnitude du modèle de champ de gravité était attendue grâce à la combinaison des instruments performants et une altitude basse (la sensibilité d'un satellite au champ de gravité diminue rapidement en fonction de l'altitude).

GOCE, Ă  l'opposĂ© de GRACE, mesurait la partie statique, ou moyenne, du champ de gravitĂ©, et permettait de fournir la surface de rĂ©fĂ©rence, appelĂ©e le gĂ©oĂŻde, nĂ©cessaire aux ocĂ©anographes afin de dĂ©duire le niveau moyen des ocĂ©ans et les courants. Le modèle du champ de gravitĂ© et les gradients de gravitĂ© fournis par le satellite, sont aussi d'une grande utilitĂ© pour les Ă©tudes gĂ©ophysiques et pour la gĂ©odĂ©sie.

Premier modèle mondial de gravité par GOCE
Premier modèle mondial de gravité par GOCE © ESA – GOCE High Level Processing Facility

Instruments

Pour remplir l'objectif scientifique, la charge utile Ă©tait constituĂ©e des instruments suivants :

  • Un gradiomètre Ă  trois axes orthogonaux (radial, le long de la trace, normal au plan d'orbite), constituĂ© de trois paires d'accĂ©lĂ©romètres (Ă  trois axes, prĂ©cision 10-12 ms-2Hz-0,5) par axe sĂ©parĂ©s par une distance de 50 cm. Les gradients de gravitĂ© Ă©taient mesurĂ©s avec une très grande prĂ©cision de 3 mE (milli-Eötvös ; 10-12s-2) dans la bande passante de 0,005 Ă  0,1 Hz. Les accĂ©lĂ©romètres ont Ă©tĂ© construits par l'ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches AĂ©rospatiales).
  • Un rĂ©cepteur GPS Lagrange pour le calcul d'orbite prĂ©cise.
  • Un rĂ©flecteur laser pour le calcul d'orbite prĂ©cise.
  • Des senseurs d'Ă©toiles afin de mesurer l'attitude inertielle du satellite.
Schéma de l’intérieur du satellite GOCE
Schéma de l’intérieur du satellite GOCE © ESA

Déroulé du projet

Le lancement, depuis la base de Plesetsk, a eu lieu le 17 mars 2009.

La mission devait à l'origine terminer sa cartographie du champ de gravité terrestre. En avril 2011, elle a été étendue de 18 mois. Elle s'est terminée le 21 octobre 2013.

C'Ă©tait la première mission scientifique Ă  trainĂ©e compensĂ©e, une condition nĂ©cessaire pour le bon fonctionnement du gradiomètre, mais aussi pour la survie du satellite : l'altitude très basse de la mission, 265 Km, aurait entraĂ®nĂ© sa perte dans l'atmosphère en quelque mois seulement sans compensation.

L'annulation du freinage atmosphérique dans la direction du mouvement était possible grâce aux moteurs ioniques avec des poussées hautement variables.

Les produits de niveau 2 suivants Ă©taient disponibles Ă  peu près 6 mois après la fin de la mission :

  • Modèle de champ de gravitĂ© jusqu'au degrĂ© 200 (minimum) et sa matrice de variance-covariance
  • Les orbites prĂ©cises (par les mĂ©thodes cinĂ©matiques et dynamiques rĂ©duites)
  • Les gradients de gravitĂ© Ă©talonnĂ©s et corrigĂ©s
Carte gravimétrique mondiale
Carte gravimétrique mondiale - Anomalie de Bouguer sphérique complète © CCGM, BGI, CNES, IRD, 2012

Organisation

Réalisation

La maitrise d’œuvre a été confiée à Thales Alenia Space, et Airbus Defence and Space a fourni la plateforme. L’instrument principal a été développé par l’ONERA et réalisé par Alcatel Space.
 

Segment sol

La mission était suivie et contrôlée depuis la station au sol ESTRACK, à Kiruna en Suède et depuis la station SvalSat, au Svalbard en Norvège.
 

Traitement des données

L'équipe de Géodésie Spatiale du CNES était membre du consortium EGGC (European Gravity Gradient Consortium) choisi par l'ESA pour le traitement de données de la mission, et en particulier pour la modélisation du champ de gravité par la méthode numérique directe.

Un bureau national de coordination des utilisateurs : FROG (French Resources Organization for GOCE) avait Ă©galement Ă©tĂ© créé au Laboratoire de GravimĂ©trie et GĂ©odynamique de l’IPGP.