Contribution de la mission d'altimétrie satellitaire SWOT à la comprehénsion de la dynamique océanique côtieère

Contribution of the SWOT satellite altimetry mission to understanding coastal ocean dynamics

• Auteur / Autrice : Nushrat Yeasmin
• Direction : Laurent Testut, Valérie Ballu
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Terre, enveloppes fluides
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : EUCLIDE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Littoral, Environnement et sociétés

Mots clés

Mots clés libres

Altimétrie côtière

Swot

Niveau de la mer

Dynamique de l'océan

Coastal altimetry

Swot

Sea level

Ocean dynamics

Résumé

Une partie de la dynamique littorale, et en particulier celle qui régit le transfert des éléments (polluants, nutriments, sédiments...) est très mal connue en zone littorale et pourtant cette dynamique joue un rôle prépondérant dans l'évolution des écosystèmes et de la morphologie littorale (processus d'érosion, envasement, etc...). Par exemple, dans la zone des Pertuis Charentais, la dynamique liée au mélange des eaux de la Charente avec le milieu marin est mal connue car nous ne disposons pas de données qui permettre de la suivre régulièrement ; nous manquons d'observations. C'est aussi vrai pour la dynamique océanique littorale pour laquelle nous ne disposons que de peu d'observation in situ et satellite. Le 16 décembre dernier le satellite SWOT (Surface Water Ocean Topography) a été mis en orbite depuis la base américaine de Vandenberg (https://swot.cnes.fr/fr). Ce satellite, fruit de 30 ans de collaboration entre la France et les Etats-Unis, observera l'eau à la surface de la Terre avec une définition améliorée d'un facteur 10 par rapport aux précédentes missions altimétriques (Topex/Poseidon et Jason). L'altimétrie satellitaire, née dans les années 1990, permet de mesurer en continue depuis l'espace la topographie des océans à l'échelle globale, mais elle est quasiment aveugle en zone littorale à cause de la contamination du signal radar par la présence de terre dans l'empreinte radar. Grâce à l'altimétrie satellitaire, la communauté scientifique à fait un bond en avant colossale dans la compréhension des processus physiques qui gouvernent la dynamique océanique de l'océan du large, le suivi des calottes polaires, l'élévation du niveau moyen des mers, ou encore dans la modélisation réaliste du climat par assimilation des données d'altimétrie satellitaire dans les modèles d'océan. La mission SWOT qui fait suite à une série de mission d'altimétrie conventionnelle, est dédié à la fois à l'hydrologie continental et à l'océanographie hauturière et côtière. Cela est rendu possible grâce à une rupture technologique lié à un nouvel instrument : un radar interférométrique à large fauchée. Le satellite observera la topographie des océans et des eaux de surfaces de part et d'autre de sa trajectoire sur des bandes de 50 km de large. Pour la première fois ce nouvel instrument permettra d'observer de manière quasi-globale les masses d'eaux océaniques hauturières et côtières avec une résolution jamais atteinte. Les produits « côtiers » seront distribués avec une résolution du pixel de 250 m. Cette mission permettra aussi pour la première fois de suivre plus de 95% des réservoirs d'eau terrestre en fournissant des informations de hauteur, largueur, pente et débit des rivières de plus de 100 m de large ainsi que sur la quasi-totalité des lacs. Cette mission permettra de mieux comprendre les dynamiques océaniques à fine échelle et permettra un suivi global du cycle de l'eau sur terre. La mission SWOT débutera par une phase avec une orbite répétitive à 1 jour sur un nombre réduit de traces afin de permettre la validation et l'interprétation de ce nouveau type de données. Aucune trace n'étant située dans la région Nouvelle-Aquitaine pour cette première phase, nous collaborerons avec une équipe du LEGOS (Toulouse et IRD Nouméa), autour d'une campagne d'acquisition de données marines conduite durant plusieurs mois en Nouvelle Calédonie, zone couverte par la phase à 1 jour. L'expertise acquise grâce à la phase à 1 jour en Calédonie sera ensuite mise à profit dans notre zone atelier niveau marin des Pertuis autour de l'instrumentation innovante que nous développons au LIENSs depuis plusieurs années (drone marin, nappes et bouées GNSS). La mission SWOT va révolutionner notre vision des eaux côtières en cartographiant la hauteur de la surface de la mer avec une résolution spatiale sans précédent. Le travail du doctorant se fera en étroite collaboration avec les autres chercheurs du LIENSs avec des présentations régulières aux membres de l'équipe sur l'avancée de ces travaux. Une part du travail de thèse sera aussi consacré à faire connaitre ces nouvelles données et à partager son expertise au niveau de l'équipe, mais plus largement au niveau du laboratoire et de l'établissement.

Part of coastal dynamics, and in particular that which governs the transfer of elements (pollutants, nutrients, sediments, etc.), is very poorly understood in coastal areas, and yet this dynamic plays a major role in the evolution of ecosystems and coastal morphology (erosion processes, silting, etc.). For example, in the Pertuis Charentais area, the dynamics linked to the mixing of the Charente's waters with the marine environment are poorly understood, as we have no data to enable us to monitor them on a regular basis; we lack observations. The same is true of coastal ocean dynamics, for which we have little in situ or satellite observation. On December 16, the SWOT (Surface Water Ocean Topography) satellite was launched into orbit from the American base at Vandenberg (https://swot.cnes.fr/fr). This satellite, the fruit of 30 years of collaboration between France and the United States, will observe water on the Earth's surface, with a definition improved by a factor of 10 compared with previous altimetry missions (Topex/Poseidon and Jason). Satellite altimetry, developed in the 1990s, enables continuous measurement of ocean topography from space on a global scale, but is virtually blind in coastal areas due to contamination of the radar signal by the presence of land in the radar footprint. Thanks to satellite altimetry, the scientific community has made a colossal leap forward in understanding the physical processes that govern ocean dynamics in the open ocean, tracking polar ice caps, mean sea level rise, and realistic climate modelling by assimilating satellite altimetry data into ocean models. The SWOT mission, which follows on from a series of conventional altimetry missions, is dedicated to both continental hydrology and offshore and coastal oceanography. This is made possible by a technological breakthrough involving a new instrument: a wide-swath interferometric radar. The satellite will observe the topography of the oceans and surface waters on either side of its trajectory, in 50 km-wide bands. For the first time, this new instrument will enable near-global observation of offshore and coastal ocean water masses with unprecedented resolution. Coastal'' products will be distributed with a pixel resolution of 250 m. For the first time, this mission will also track over 95% of terrestrial water reservoirs, providing information on the height, width, slope and flow of rivers over 100 m wide, as well as almost all lakes. This mission will provide a better understanding of fine-scale ocean dynamics and enable global monitoring of the earth's water cycle. The SWOT mission will begin with a 1-day repetitive orbit phase over a reduced number of tracks, to enable validation and interpretation of this new type of data. As no tracks are located in the Nouvelle-Aquitaine region for this first phase, we will be collaborating with a team from LEGOS (Toulouse and IRD Nouméa) on a marine data acquisition campaign lasting several months in New Caledonia, the area covered by the 1-day phase. The expertise acquired during the 1-day phase in Caledonia will then be put to good use in our Pertuis workshop area, using the innovative instrumentation we have been developing at LIENSs for several years (marine drone, GNSS slicks and buoys). The SWOT mission will revolutionize our vision of coastal waters by mapping sea surface height with unprecedented spatial resolution. This thesis work will be carried out in close collaboration with other LIENSs researchers, with regular presentations to team members on the work progress. Part of the thesis work will also be devoted to publicizing these new data and sharing his or her expertise within the team, but more widely across the laboratory and the institution.