Contexte

Le changement climatique provoque des modifications dans les courants marins et océaniques, l’acidification des mers et océans, la survenue de phénomènes météorologiques extrêmes, la fonte anormale et excessive des glaces polaires en été, et la montée progressive de la hauteur de la surface des océans. Lutter contre le changement climatique et y trouver des adaptations est crucial pour l’humanité, c’est pourquoi il est nécessaire de mesurer continuellement les paramètres des mers et océans. Cette surveillance est assurée de façon complémentaire par de nombreux satellites dont les 3 satellites altimétriques franco-américains Jason. Les missions Jason font suite à - et complètent la mission TOPEX/Poseidon (lancement le 10 août 1992, fin de mission le 18 janvier 2006) également menée conjointement par la NASA et le CNES. Des itérations plus récentes de l’instrument Poseidon du CNES se trouvent d’ailleurs à bord des satellites Jason.

Les objectifs des missions Jason se répartissent suivant quatre axes de surveillance de l’environnement océanique :

• Les variations du niveau de la mer et des océans
• Les produits dérivés de l’altimétrie
• L’altimétrie sur les continents
• L’océanographie opérationnelle

Variations du niveau de la mer et des océans

L'altimétrie par satellite permet de mesurer finement (avec une précision centimétrique), globalement et quasiment instantanément (à l'échelle de la dynamique océanique) les variations de hauteur de la surface des océans. Cette topographie de surface est en effet variable sur de nombreuses échelles de temps et d'espace, reflétant un grand nombre de phénomènes :

• L'écart permanent par rapport à l'ellipsoïde de référence, de l'ordre de la centaine de mètres, est principalement le reflet de la structure géographique du géoïde terrestre, et donc la répartition inhomogène des masses à l'intérieur de notre planète,
• L'écart de la surface de la mer par rapport au géoïde terrestre (qui peut être déterminé indépendamment grâce aux satellites gravimétriques comme CHAMP et GRACE), de l'ordre du mètre, est appelé "topographie dynamique". Il s'agit de déformations de la surface de la mer liées à la circulation océanique globale. De façon analogue aux cartes de pression atmosphérique utilisées pour la météorologie, les courants océaniques de surface suivent les courbes de niveau avec une vitesse proportionnelle à la pente locale. On peut ainsi cartographier les grands courants marins, tels le Gulf Stream ou le Kuroshio,

• Les variations temporelles de la topographie de surface permettent également l'observation et le suivi de la variabilité océanique (tourbillons, ondes de Rossby...), des marées, et de phénomènes saisonniers et/ou climatiques tels El Niño,

• Enfin, sur le long terme il est possible de suivre le niveau moyen des mers. Depuis le début de la mission TOPEX/Poseidon en 1992, une augmentation moyenne globale du niveau de la mer d'environ 3 mm/an est observée, avec une forte variabilité spatiale (jusqu'à ± 20 mm/an selon les régions). Cette augmentation est un indicateur du réchauffement climatique, et donc à ce titre un enjeu majeur des missions d'altimétrie est de maintenir la continuité et la précision de cette mesure.

Produits dérivés de l’altimétrie

Outre la topographie de surface, le signal enregistré par les altimètres permet de mesurer deux autres paramètres très utiles pour la météo marine : la hauteur moyenne des vagues, et la vitesse du vent de surface. Disponibles en temps quasi-réel, ces mesures sont utilisées pour la prévision météorologique et pour la navigation.

L’altimétrie sur les continents

Bien que conçus pour la mesure de hauteur des eaux océaniques (dont la "signature radar" est bien identifiée), les altimètres ont aussi la capacité d'acquérir des observations au-dessus des continents, en particulier sur toute étendue d'eau suffisamment large pour être détectable. Cette capacité a ouvert de nouvelles perspectives pour l'hydrologie continentale. Grâce aux satellites altimétriques il est ainsi possible de suivre les variations saisonnières du niveau des lacs et de certains fleuves majeurs. Ces applications trouvent toute leur importance dans les zones faiblement instrumentées car difficiles d'accès, comme le bassin amazonien.

Océanographie opérationnelle

En parallèle des objectifs scientifiques, Jason-3 doit poursuivre et améliorer les applications opérationnelles offertes par Jason-2.

Les applications de l'océanographie opérationnelle sont diverses :

• Sécurité maritime
• Prévention de marées noires
• Gestion des ressources
• Changement climatique
• Prévisions saisonnières
• Activités côtières
• Surveillance des glaces de mer
• Qualité de l'eau et pollution

En Europe, le service Copernicus - MyOcean permet de fournir des informations utiles à ces applications, à partir des systèmes d'observation de la Terre.

L'assimilation de données consiste en la combinaison d'observations et de modélisation pour pouvoir prédire avec précision les évolutions de systèmes complexes. Largement utilisé pour les prévisions météorologiques, ce type de système peut être transposé pour l'océanographie opérationnelle. En 2003 a débuté l'expérience internationale GODAE (Global Ocean Data Assimilation Experiment), première expérience d'océanographie opérationnelle internationale "vraie grandeur". Il s'agit de montrer qu'il est possible d'observer, modéliser et prévoir l'océan global dans ces trois dimensions, en routine et en temps réel.

Systèmes pilotes du programme GODAE, le Groupement d'Intérêt Public (GIP) Mercator Océan, créé en avril 2002 et société civile de droit privé depuis le 1er septembre 2010, est partenaire de MyOcean. Mercator Océan a mis en œuvre un système permettant de décrire à tout instant, et dans tous les recoins de notre planète bleue, l'état de l'océan, composante incontournable de notre environnement.

Le système Mercator se nourrit, en entrée, des observations de l'océan mesurées par satellites (altimétrie, mais aussi température de surface) ainsi que des mesures in situ (bouées dérivantes, capteurs et profileurs de température, de salinité et de courants). Ces mesures sont "ingérées" (assimilées) par le modèle d'analyse et de prévision. L'assimilation de données d'observation dans un modèle permet ainsi la description et la prévision de l'océan jusqu'à 14 jours. Depuis octobre 2005, Mercator opère un modèle de prévision océanographique globale à la résolution du ¼°, soit environ 28 kilomètres à l'équateur.

Déroulé du projet

Jason est une famille de satellites dont trois satellites déjà lancés :

• Jason-1 : lancement le 7 décembre 2001, fin de mission le 1^er juillet 2013,
• Jason-2 ou Ocean Surface Topography Mission (OTM) : lancement le 20 juin 2008, fin de mission le 9 octobre 2019,
• Jason-3 : lancement le 17 janvier 2016, mission en cours d’exploitation.

Avant les missions Jason, le CNES et la NASA ont mené ensemble la mission TOPEX/Poseidon (lancement le 10 août 1992, fin de mission le 18 janvier 2006), Cette mission altimétrique a révolutionné l’étude des océans. Elle faisait partie d’un trio de missions avec celles de Jason-1 et Jason-2.

Le CNES a ensuite décidé la construction du satellite Jason-3 le 24 février 2010. Ce quatrième satellite est une copie presque identique à Jason-2.

La Communauté Européenne (aujourd’hui Union Européenne) a décidé en 2009 d’intégrer les missions des satellites TOPEX et Jason dans le programme d’observation de la Terre Copernicus. Dans ce but, les deux satellites de la gamme Sentinel-6 emportent des systèmes similaires aux satellites Jason. C’est pourquoi les satellites Sentinel-6 sont également nommés Jason-CS (Jason Continuity of Service). Sentinel-6A a été lancé le 21 novembre 2020, et le lancement de Sentinel-6B a été lancé le 17 novembre 2025.

Le satellite TOPEX, les 3 premiers satellites Jason ainsi que les satellites Sentinel-6/Jason-CS embarquent chacun un exemplaire de l’altimètre Poseidon (développé par le CNES et Thales Alenia Space) et un récepteur du système de positionnement DORIS (développé par le CNES). Le satellite SWOT emporte également des exemplaires de ces deux instruments.

Organisation

Les missions TOPEX/Poseidon et Jason-1 ont été le fruit d’une coopération entre la NASA et le CNES. De même, le cadre de réalisation des missions Jason-2 et Jason-3 est celui d'une coopération internationale. Cependant, celle-ci a été élargie : aux Etats-Unis, la NOAA s'est associée à la NASA ; en Europe, EUMETSAT s'est associée au CNES. Le partage de responsabilité sur la mission OSTM/Jason-2 reprend celui adopté pour Jason-1 tout en prenant en compte l'élargissement du projet aux deux agences opérationnelles NOAA et EUMETSAT.

Le programme Jason-3 est mené par les agences opérationnelles EUMETSAT et NOAA. Le CNES apporte une contribution en nature et agit comme coordinateur système sur le plan technique. La NASA, en association avec EUMETSAT, la NOAA et le CNES soutient les activités des équipes scientifiques. 

Les responsabilités principales des missions Jason se partagent entre les partenaires de la façon suivante :

Participation du CNES

• Fourniture des plateformes Proteus sur lesquels sont construits les satellites et maîtrise d’œuvre des systèmes satellites (Jason-1, Jason-2 et Jason-3),
• Assure l’intégration et les essais systèmes,
• Assure l’opération des satellites en vol,
• Fourniture des altimètres Poseidon-2 (Jason-1) et Poseidon-3 (Jason-2),
• Fourniture des récepteurs DORIS (Jason-1, Jason-2, Jason-3),
• Conception et maîtrise d’œuvre des instruments CARMEN-2 (Jason-2) et CARMEN-3 (Jason-3),
• Maîtrise d’œuvre de l’instrument T2L2 (Jason-2),
• Management global du système (Jason-1, Jason-2), participe à la gestion du projet Jason-3,
• Effectue le traitement, l’archivage et la distribution des données scientifiques (Jason-1, Jason-2, Jason-3), et l’archivage des données opérationnelles (Jason-1, Jason-2),
• Contribue à l’interface utilisateur,
• Fourniture d’un centre de commande/contrôle et une station sol européenne financé par EUMETSAT,
• Coordination, préparation et parution des appels d’offres scientifiques européens et sélection des scientifiques européens.

Participation d’EUMETSAT

• Support à l’ingénierie système (Jason-3),
• Participe à l’opération des satellites en vol,
• Fournit et opère les chaines de traitement de données et assure l’archivage et la distribution des données opérationnelles (Jason-1, Jason-2, Jason-3) et scientifiques (Jason-3),
• Financement de l’altimètre Poseidon-3B et du récepteur DORIS (Jason-3),
• Financement d’un centre de commande/contrôle et une station sol européenne fourni par le CNES,
• Contribue à l’interface utilisateur,
• Co-management du projet Jason-3 avec la NOAA, participe à la gestion des projet Jason-1 et Jason-2,
• Participation à la coordination des appels d’offres scientifiques européens et à la sélection des scientifiques européens.

Participation de la NASA

• Participe à l’opération des satellites en vol,
• Fourniture du radiomètre hyperfréquences, le récepteur GPS et le rétroréflecteur laser (Jason-1, Jason-2),
• Fourniture du lanceur (Jason-1, Jason-2), des opérations de lancement et infrastructures associées (Jason-1, Jason-2, Jason-3),
• Participe à la gestion des projets Jason-1, Jason-2 et Jason-3,
• Coordination, préparation et parution des appels d’offres scientifiques états-uniens et sélection des scientifiques états-uniens.

Participation de la NOAA

• Support à l’ingénierie système (Jason-3),
• Participe à l’opération des satellites en vol,
• Fourniture du radiomètre hyperfréquences, le récepteur GPS et le rétroréflecteur laser (Jason-3),
• Fourniture du lanceur (Jason-3),
• Fourniture et opération d’un centre de commande/contrôle et de plusieurs stations sol,
• Co-management du projet Jason-3 avec EUMETSAT,
• Assure le traitement et la distribution des données opérationnelles et scientifiques (Jason-1, Jason-2, Jason-3) et l’archivage à long terme des données opérationnelles (Jason-3) et scientifiques (Jason-1, Jason-2, Jason-3),
• Contribue à l’interface utilisateur,
• Participation à la coordination des appels d’offres scientifiques états-uniens et sélection des scientifiques états-uniens.

Participation de la JAXA

• Fournit l’instrument LPT, apporte son support à son intégration sur le satellite (Jason-2, Jason-3),
• Assure le traitement des données de l’instrument LPT (Jason-2, Jason-3).

Participation de l’OSTST

Un groupe international de scientifiques, l'"Ocean Surface Topography Science team" (OSTST), apporte une évaluation indépendante sur les objectifs scientifiques, les avancées scientifiques obtenues, et contribue à la plus large diffusion de ces avancées dans un contexte international.