La mission SWOT : un tournant dans l'étude scientifique des eaux de surface de la Terre
Le , la NASA a lancé la mission SWOT de topographie des surfaces d'eau océaniques et continentales, réalisée en collaboration avec le Centre national d'études spatiales (CNES), l'Agence spatiale canadienne (ASC) et l'Agence spatiale du Royaume-Uni.
La mission SWOT permettra d'étudier 90 % des eaux de surface de la Terre. Elle est d'une importance majeure pour les scientifiques qui cherchent à mieux comprendre la dynamique des océans, des rivières, des lacs et des réservoirs de la planète. Les données les aideront à se pencher sur d'importants problèmes mondiaux tels que les changements climatiques et la gestion des eaux canadiennes.
Voici six choses à savoir sur les aspects scientifiques fascinants de la mission SWOT.
La mission SWOT approfondira nos connaissances sur la surface des océans
Vue d'artiste du satellite SWOT effectuant des mesures précises de certaines surfaces d'eau. (Source : ASC.)
La surface des océans est une mine d'informations utiles aux scientifiques pour mieux comprendre les conditions météorologiques, le climat, les écosystèmes et la vie sur Terre. Depuis bien des années, les satellites et les bouées océaniques fournissent aux chercheurs de Pêches et Océans Canada des données sur les vents marins, les vagues océaniques, les glaces de mer et les contaminants, comme la pollution par les hydrocarbures et les eaux de cale souillées.
Le lancement de la mission SWOT ouvre grandement les perspectives de recherche, car de nouveaux et vastes ensembles de données viendront compléter les données d'anciens satellites. Le satellite de la mission SWOT a une largeur de fauchée de 120 km. La somme de données sur la surface des océans fournie par les fauchées assemblées sera démultipliée par rapport à celles existantes, notamment en ce qui concerne des phénomènes majeurs tels que le courant du Labrador et le Gulf Stream.
À mesure qu'elles seront intégrées aux modèles de prévision existants, ces nouvelles données aideront les scientifiques à améliorer les prévisions des courants océaniques et les prévisions météorologiques marines dans les zones côtières sensibles. Plus encore, grâce aux données de la mission SWOT, ils pourront mieux comprendre les tendances météorologiques à long terme et établir avec plus de certitude des scénarios de changements climatiques, inévitables dans l'avenir.
Les données de la mission SWOT aideront les scientifiques à protéger les baleines et d'autres espèces animales
Baleine noire de l'Atlantique Nord dans les eaux canadiennes.
Les données de la mission SWOT aideront aussi à développer des modèles encore plus élaborés sur les écosystèmes et à mieux comprendre l'effet des caractéristiques physiques des océans sur les pêches et les diverses espèces marines. Par exemple, la mission SWOT sera mise à profit dans un projet visant à protéger les baleines noires de l'Atlantique Nord dans les eaux canadiennes, explique William Perrie, chercheur à Pêches et Océans Canada. En surveillant le courant de Gaspé dans le golfe du Saint-Laurent, les chercheurs peuvent déterminer où se trouve le zooplancton et donc où les baleines noires pourraient aller pour se nourrir. Avec cette information cruciale, ils pourraient voir à éviter que les baleines soient heurtées par des navires ou qu'elles s'empêtrent dans des engins de pêche.
Les chercheurs de la mission SWOT transformeront la modélisation liée à la gestion des ressources en eau
Infographie présentant les éléments étudiés par les scientifiques canadiens de la mission SWOT. (Source : ASC.)
Pour les scientifiques d'Environnement et Changement climatique Canada (ECCC), les données de la mission SWOT permettront d'effectuer un bilan hydrique à l'échelle du Canada qui les renseignera sur le niveau des lacs dans tout le pays, explique Daniel Peters, chercheur à ECCC. Par ailleurs, à l'Université de Sherbrooke, en étroite collaboration avec ECCC, des chercheurs comme Mélanie Trudel conçoivent de nouvelles méthodes d'intégration des données futures de la mission SWOT dans les modèles existants de gestion des ressources en eau.
Les données sur le niveau des lacs ainsi que sur la pente et le débit des cours d'eau, ajoutées aux modèles hydrologiques, brosseront un tableau beaucoup plus précis, selon Mme Trudel. Des prévisions plus exactes sur le débit sont utiles pour des organismes comme Hydro-Québec ou les gouvernements provinciaux, qui ont besoin de connaitre la répartition actuelle (et future) de l'eau dans les lacs et les rivières d'un bassin hydrographique.
Les chercheurs intégreront aussi les données de la mission SWOT distribuées géographiquement dans des modèles de bilan hydrique, qui visent à calculer le taux d'écoulement de l'eau d'un réservoir ou d'un lac. Les gestionnaires de barrages utilisent ces modèles pour optimiser certains éléments, comme la production d'énergie hydroélectrique, et pour réduire les effets des inondations.
Il sera de plus en plus important, dans le contexte des changements climatiques, de disposer de modèles fiables et de prévisions précises en ce qui concerne le bilan hydrique. La mission SWOT aidera les scientifiques à prévoir les changements majeurs dans les débits d'eau et, par conséquent, à protéger les collectivités et les infrastructures. En raison des changements climatiques, il ne sera pas facile pour les gestionnaires des ressources en eau d'optimiser la production hydroélectrique, car les pluies diluviennes, les tempêtes, les inondations hivernales et les sécheresses deviennent de plus en plus difficiles à prévoir.
La mission SWOT aidera à lever le voile sur les lacs nordiques
Les lacs du Canada représentent 62 % de tous les lacs du monde (en bleu). (Source : HydroLAKES.)
Les hydrologues qui travaillent dans l'Arctique canadien, comme Philip Marsh de l'Université Wilfrid-Laurier, utiliseront les données de la mission SWOT pour étudier les lacs thermokarstiques peu profonds situés au nord d'Inuvik jusqu'à la mer de Beaufort. Cette région a l'une des plus fortes concentrations de lacs, au Canada, mais aussi dans le monde entier. Les dizaines de milliers de lacs qui s'y trouvent sont des habitats indispensables pour la sauvagine et diverses espèces de poissons, entre autres. Ils sont importants aussi pour les communautés nordiques, qui y pratiquent la chasse, le piégeage et la pêche et les loisirs, explique M. Marsh.
La mission SWOT fournira pour la première fois des données précises sur le niveau des lacs de l'Arctique. Elles permettront de vraiment mieux comprendre tous les aspects de l'eau dans l'Arctique. Par exemple, la mission SWOT permettra de détecter les « assèchements catastrophiques », phénomène où un lac jusqu'à 2 km de diamètre peut se vider complètement en un seul jour. L'assèchement des lacs est un phénomène naturel. Toutefois, les températures chaudes attribuables aux changements climatiques créeraient des conditions propices à la fonte du pergélisol autour des lacs, ce qui augmenterait le nombre de lacs asséchés chaque année. Quand des lacs se vident au complet, l'eau s'écoule en aval dans le réseau existant de cours d'eau, mais il arrive que de nouveaux cours d'eau soient créés. L'assèchement catastrophique des lacs provoque de graves inondations, qui se répercutent sur les habitats et présentent des risques pour les utilisateurs des cours d'eau et les cabanes. À terme, l'habitat lacustre devient un habitat de toundra.
Jusqu'à présent, les hydrologues ont observé très peu d'assèchements catastrophiques. Les données de la mission SWOT leur permettront de constater le phénomène en temps quasi réel dans le cas de nombreux lacs chaque année. Ils pourront ainsi déterminer si les assèchements catastrophiques se multiplient du fait du réchauffement climatique et de la fonte du pergélisol, et quels seraient les effets probables dans l'Arctique selon divers scénarios de changements climatiques.
Pourquoi l'assèchement de ces lacs isolés devrait-il nous préoccuper? La superficie totale des lacs thermokarstiques de l'Arctique équivaut à peu près à la taille de la calotte glaciaire du Groenland ou de la forêt amazonienne. Comme les températures ne cessent d'augmenter dans l'Arctique, on peut penser que ces lacs pourraient tous s'assécher dans l'avenir, ce qui aurait des conséquences dramatiques pour les populations, les écosystèmes et le climat de la région.
La mission SWOT fera l'objet d'une période de validation pour voir à l'exactitude des mesures
Collecte de données sur Terre par des scientifiques canadiens pour vérifier l'exactitude des mesures de la mission SWOT effectuées pendant la phase d'étalonnage et de validation. (Source : Mélanie Trudel.)
Dans les trois mois après le lancement de la mission SWOT, les ingénieurs ajusteront l'orbite du satellite et s'assureront du bon fonctionnement des systèmes. Les trois mois suivants, les scientifiques canadiens participeront à une phase d'étalonnage et de validation au cours de laquelle l'exactitude des mesures de la mission SWOT sera vérifiée avec des instruments sur Terre.
Pendant cette phase de validation, le satellite de la mission SWOT aura une période orbitale de un jour (lors de l'exploitation, la période orbitale sera de 21 jours). L'orbite suivie permettra de collecter de précieuses données sur la région couverte. Au Canada, ce sera la côte du Pacifique, le delta des rivières de la Paix et Athabasca, plusieurs lacs des Prairies, le fleuve Saint-Laurent, la côte de l'Atlantique et bien d'autres endroits, explique l'hydrologue Jean Bergeron, scientifique chargé de mission à l'ASC.
Une innovation canadienne cruciale est au cœur de la mission SWOT
L'ASC a fourni des klystrons à interaction élargie pour le radar de la NASA. (Source : Communications & Power Industries Canada Inc.)
L'ASC a fourni à la mission SWOT un élément essentiel de l'interféromètre radar en bande Ka de la NASA. L'interféromètre servira à recueillir des données sur la surface des lacs, des océans et d'autres étendues d'eau et à calculer leur élévation. Il émet des ondes hyperfréquences vers la Terre et mesure ensuite celles qui sont réfléchies. Mais l'interféromètre ne fonctionne que si les impulsions radar sont amplifiées, ce à quoi sert un klystron à interaction étendue. Cette technologie essentielle a été fournie par l'entreprise ontarienne Communications & Power Industries Canada Inc.
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