Contexte

L’observation du cycle de l’eau sur notre planète constitue une source d’information essentielle pour les prévisions météorologiques et la compréhension des phénomènes climatiques, mais aussi pour répondre aux enjeux de la disponibilité de la ressource en eau. Parmi les composantes qui permettent de l’étudier et d’en comprendre les mécanismes, la mesure de l’humidité des sols et celle de la salinité à la surface des océans sont des variables particulièrement intéressantes. Pendant longtemps, ces données n’ont été accessibles que de manière partielle et ponctuelle, par la collecte d’échantillons de terrain ou des mesures in situ.

Pour répondre au besoin d’une cartographie plus précise à l’échelle planétaire et à un suivi régulier et dans la durée, l’idée d’une observation en continu depuis l’espace a fini par s’imposer, à l’initiative notamment du Centre d’études spatiales de la biosphère (CESBIO). Elle est à l’origine de la conception du satellite SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), développé au début des années 2000 dans le cadre du programme d’observation de la Terre Earth Explorer de l’ESA. Plus de quinze ans après son lancement en 2009, SMOS est toujours opérationnel.

Le premier objectif de la mission SMOS est l'observation globale de l'humidité du sol et de la salinité des océans, deux paramètres importants requis pour une modélisation précise du temps et du climat.

L’humidité des sols est une variable clé du cycle de l’eau. L’humidité superficielle conditionne en particulier l'évaporation, l'infiltration et l'écoulement des eaux, tandis que l'humidité dans la zone racinaire régit la disponibilité d'eau pour la végétation. L’évolution spatio-temporelle de l'humidité des sols est par ailleurs une variable importante pour les modèles numériques du climat, qui doit être prise en compte dans la surveillance de l'hydrologie et de la végétation. Le suivi de cette variable est également un élément important dans la gestion de la ressource en eau.

La salinité de la surface des océans est une autre composante clé du cycle de l'eau. Elle joue en particulier un rôle important sur la dynamique de circulation océanique et sur le couplage océan/atmosphère.

Alors que ces deux variables étaient déjà intégrées dans les modèles atmosphériques, océanographiques et hydrologiques prédictifs, SMOS est venu combler une lacune en permettant pour la première fois des mesures directes, globales et répétées depuis l’espace.

Le satellite fournit aussi des données sur l'humidité de la végétation et de la biomasse, très utiles pour réaliser des évaluations régionales de production végétale.

La mission améliore également la connaissance du manteau neigeux et de la structure multicouche de la glace. Elle permet ainsi des progrès significatifs de la recherche dans le domaine de la cryosphère et de la glace de mer.

Déroulé du projet

La mission SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) fait partie des missions d'opportunités d'exploration de la Terre menées par l'ESA. Elle a été proposée en 1998 par une équipe scientifique internationale menée par Yann Kerr (CESBIO), principal investigateur de la mission, et a été développée avec une contribution majeure du CNES et du Centro para el Desarollo Tecnologico Industrial (CDTI), l’organisme public référent de l’Espagne au sein de l’ESA.

La charge utile est un radiomètre interférométrique fourni par EADS Casa Espacio (aujourd’hui Airbus Defence and Space), premier instrument de ce type utilisé pour l’observation de la Terre par satellite. Il est intégré sur la plateforme générique multimission PROTEUS, développée conjointement par le CNES et Thales Alenia Space depuis 1996. Après la livraison du modèle de vol, en 2007, et la phase de qualification, en 2008, le satellite a été lancé le 2 novembre 2009 depuis le cosmodrome de Plesetsk, en Russie, sur une fusée Rockot.

En août 2010, les observations de SMOS permettent de produire pour la première fois une carte mondiale de salinité des océans et de l’humidité des sols. La durée de vie initiale de la mission était de 3 ans (0,5 pour la recette et 2,5 pour les opérations normales). Elle été prolongée plusieurs fois, et le satellite continue à transmettre ses données. SMOS évolue sur une orbite circulaire héliosynchrone à 755 km d’altitude.

Organisation

L'ensemble de la mission SMOS est sous la responsabilité de l'ESA. Un accord signé entre l'ESA et le CNES a défini le périmètre de la coopération : 

• L’ESA a fourni la charge utile et couvert le développement de la composante sol de la charge utile (DPGS) pour les données de niveau 1 et 2, financé par l'Espagne par l'intermédiaire du CDTI.
• Le CNES a fourni la plateforme Proteus, effectue toutes les activités satellites, réalise le développement et les opérations de la composante sol d'opérations (SOGS) pour la durée de la mission. Le CNES est également responsable du développement du Centre Aval de Traitement des Données SMOS (CATDS) consacré aux produits de niveau 3 et 4.

Pour les activités scientifiques, l'ESA s'appuie sur un groupe consultatif de scientifiques présidé par l'investigateur principal (Y. Kerr) et co-présidé par le co-investigateur pour la salinité des océans (J. Font). Son rôle est de conseiller l'ESA et de valider des activités scientifiques.

L'organisation de la mission inclut le Centre européen de recherche et de technologies spatiales (ESTEC – ESA, Pays-Bas), l’Institut européen de recherches spatiales (ESRIN - ESA, Italie), et la station sol de Villafranca (ESA, Espagne), ainsi que le centre spatial de Toulouse (CNES).

L'équipe scientifique est organisée autour de 4 thématiques principales : terres émergées, océans, cryosphère, reconstruction d'image et calibration. Au niveau national des groupes existent dans différents pays. En France, les activités scientifiques sont coordonnées par un groupe de scientifiques faisant un rapport au groupe TOSCA (Terre Océans, Surfaces Continentales, Atmosphère).

Participation française

Le CNES est responsable vis-à-vis de l'ESA de la partie technique française de la mission, et a livré à l’ESA un satellite intégré et qualifié. Le CNES réalise les opérations du segment sol tout au long de la vie de la mission et a développé le centre aval de traitement des données SMOS (CATDS), qui génère les produits de niveau 3 et 4.

Le CESBIO est responsable des activités scientifiques. De nombreux autres laboratoires français sont impliqués dans la mission, principalement le CESBIO, l'IPSL, le CNRM, l'INRAE, le LMD, l'IRD, l'Observatoire de Meudon, l'IFREMER, CLS, le LEGOS.