SWARM
Présentation de la mission
Lancée en novembre 2013, la constellation SWARM de l’ESA, dédiée à l’observation du champ magnétique terrestre continue de surpasser ses objectifs scientifiques initiaux. Cela s’explique notamment par la performance des instruments français embarqués et d’une forte implication de la communauté scientifique nationale.
La conférence ministérielle de l’ESA de novembre 2025 a confirmé la volonté de poursuivre l’exploitation de la mission SWARM au moins jusqu’en 2029.
Le rôle CNES
Lors du CIO de la mission, organisé en novembre 2025 avec la participation des trois laboratoires français impliqués — IPGP, OPGC et ISTerre, ainsi que le CNRS/INSU, il a été mis en lumière le succès remarquable de cette mission, qui continue, après plus de onze années d’exploitation, à générer un volume important de résultats scientifiques et de publications majeures.
Objectifs scientifiques de SWARM
- Champs magnétiques planétaires (géodynamo, champ crustal, champ océanique, champs ionosphériques et magnétosphériques)
- Informations déduites sur la conductivité de la Terre solide
- Informations déduites sur la dynamique des champs externes (orages magnétiques) et leur conséquences (GIC)
- Couplages Magnétosphère/Ionosphère/Thermosphère
- Météorologie Spatiale
Le LETI et l’ASM
Ce succès s’explique notamment par les performances des magnétomètres embarqués, supérieures aux spécifications initiales, ainsi que par la réussite des deux modes expérimentaux du magnétomètre ASM français. Initialement conçus comme démonstrateurs, ces modes ont pu être pleinement testés et validés, permettant aujourd’hui la production de données et de produits dérivés intégrés à la liste des produits distribués à l’ESA et à l’ensemble de la communauté scientifique.
L’excellence scientifique française
Au cÅ“ur de ce succès, le CNES joue un rôle pivot de coordination et de soutien stratégique. Il assure l’accompagnement scientifique de l’ensemble des laboratoires impliqués (IPGP, OPGC et ISTerre) via ses programmes de financement, garantissant ainsi la pérennité de l’expertise nationale en magnétométrie spatiale.
Sur le plan industriel et technique, le CNES pilote directement le contrat de suivi et de Maintien en Condition Opérationnelle (MCO) des instruments avec le CEA-Leti. Ce partenariat permet de surveiller les indicateurs de performance et de vieillissement des magnétomètres absolus (ASM), garantissant la fiabilité de ces capteurs de nouvelle génération qui servent de référence absolue pour toute la mission.
L’instrument ASM, sous responsabilité scientifique de l’IPGP, utilise le pompage optique de l’hélium-4 pour fournir une mesure du champ scalaire d’une précision inégalée. Sa polyvalence logicielle a permis d’opérer avec succès deux modes expérimentaux : le mode Burst (250 Hz) pour l’étude des signaux ELF (« Whistlers ») et le mode Vectoriel (1 Hz) auto-calibré.
Cette architecture de données est exploitée par des pôles d’excellence complémentaires.
L’IPGP produit des modèles de Niveau 2 ionosphériques (xDIFI) et du noyau (xMCO). Aussi, l’IPGP a réalisé de nombreuses études scientifiques financées par le CNES et l’ESA, portant sur l’analyse des whistlers, des champs et courants ionosphériques (notamment lors des orages magnétiques), l’exploitation des données ASM-V pour produire des modèles de champs globaux (IGRF), ainsi que l’étude du champ magnétique du noyau, de ses mouvements en surface du noyau et du champ lithosphérique.
L’OPGC a la charge du modèle lithosphérique à haute résolution et a pour principales activités scientifiques le développement de méthodes d’analyse et de correction des données spatiales, l’interprétation géophysique pour caractériser la lithosphère, la modélisation des propriétés physiques du manteau terrestre, ainsi que la valorisation de techniques spatiales multi-échelles et multi-plateformes.
Tandis que l’ISTerre développe les modèles stochastiques COV-OBS essentiels à l’IGRF. Ce laboratoire s’appuie sur des outils numériques de pointe, comme le code de simulation XSHELLS (porté sur GPU), pour l’imagerie de la Terre profonde.
La suite
Cette synergie, soutenue activement par le CNES prépare activement la communauté française à la future mission NanoMagSat de l’ESA, prévue pour fin 2027 et qui embarquera une version miniaturisée des magnétomètres ASM
Les résultats scientifiques
Les données recueillies par la mission Swarm de l’ESA ont confirmé une tendance à l’affaiblissement du champ magnétique terrestre, notamment dans l’hémisphère occidental. Une vaste région d’intensité magnétique réduite, connue sous le nom d’anomalie de l’Atlantique Sud, s’est développée entre l’Afrique et l’Amérique du Sud. De 1970 à 2020, l’intensité minimale du champ dans cette zone est passée d’environ 24 000 nanoteslas à 22 000, et la zone de l’anomalie s’est déplacée vers l’ouest à un rythme d’environ 20 km par an. Au cours des cinq dernières années, un deuxième centre d’intensité minimale a émergé au sud-ouest de l’Afrique, suggérant que l’anomalie pourrait se diviser en deux cellules distinctes.
Les mesures ont également révélé que le pôle magnétique nord se déplace vers la Sibérie, un phénomène qui a des implications pour la navigation et la compréhension des dynamiques internes de la Terre. La position du pôle nord magnétique de la Terre a changé d’environ 965 km depuis sa première mesure en 1831, avec une accélération récente de 16 à 54 km par an. Bien que ce déplacement progressif ne soit pas une grande préoccupation, son accélération pourrait indiquer le début d’une inversion de champ. Cependant, prédire avec précision la prochaine inversion reste un défi, surtout avec moins de 200 ans de données.
Les satellites Swarm ont permis la découverte d’un nouveau type d’onde magnétique qui balaie la partie la plus externe du noyau externe de la Terre tous les sept ans. Ces ondes, appelées ondes magnéto-Coriolis, se propagent vers l’ouest à une vitesse pouvant atteindre 1 500 kilomètres par an. Elles sont alignées le long de l’axe de rotation de la Terre et sont les plus fortes près de la région équatoriale du noyau. Cette découverte ouvre une nouvelle fenêtre sur les processus dynamiques internes de la Terre.
Tout comme la température et le niveau de la mer sont des variables climatiques essentielles, on peut décrire le champ magnétique terrestre comme une variable planétaire essentielle. Il est lié à de nombreux processus physiques dans le système terrestre, et son suivi est essentiel pour comprendre l’état de la planète dans son ensemble.
Les champs magnétiques traversent et entourent l’ensemble de la Terre, influençant et étant influencés par de nombreux facteurs différents. Le mouvement des fluides dans le noyau de la Terre génère l’essentiel du champ (dans un processus que nous appelons le géodynamo), qui s’étend dans l’espace et oppose le flux du vent solaire (plasma projeté depuis la surface du Soleil).
La région de l’espace dominée par le champ magnétique de la Terre est appelée la magnétosphère, où des processus complexes médiatisent le transfert d’énergie entre le vent solaire et le système terrestre, régulant, entre autres, l’apparition de l’aurore.
Mais cela ne s’arrête pas là . Les courants électriques dans la magnétosphère et l’ionosphère induisent des courants secondaires dans le sol, qui génèrent eux-mêmes des champs magnétiques dépendant de la géologie locale. Certaines des méthodes que nous utilisons pour évaluer la géologie locale consistent à cartographier les champs magnétiques.
Au-delà de la compréhension plus complète du fonctionnement de notre planète, ces données sont utilisées à des fins très pragmatiques, allant de la navigation de précision à l’atténuation des phénomènes météorologiques spatiaux.
Modèle magnétique mondial amélioré
Les données collectées par Swarm ont permis d’améliorer le Modèle Magnétique Mondial (WMM), utilisé pour la navigation, la géolocalisation et la surveillance des infrastructures. Grâce à la couverture globale et à la séparation des champs internes et externes, le WMM offre désormais une meilleure précision, essentielle pour les applications sensibles aux variations du champ magnétique.
Les données et produits
Les données collectées par SWARM ont des applications variées, notamment :
- Navigation : Amélioration des systèmes de navigation basés sur le magnétisme.
- Prévision de la météo spatiale : Compréhension des interactions entre le champ magnétique terrestre et le vent solaire.
- Études géophysiques : Analyse des dynamiques internes de la Terre, en particulier du noyau terrestre ainsi que les courants électriques dans l’ionosphère et la magnétosphère
La mission SWARM continue de fournir des données essentielles pour la compréhension du champ magnétique terrestre et de ses variations.