SWOT

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Lancé le 16 décembre 2022, le satellite SWOT (Surface Water and Ocean Topography), destiné à l’étude de la topographie des océans et des eaux de surface continentales, a été mis en orbite par un lanceur Falcon 9 de la société SpaceX depuis la base de l’US Space Force de Vandenberg en Californie.

Présentation de la mission

Le satellite SWOT (Surface Water and Ocean Topography), destiné à l’étude de la topographie des océans et des eaux de surface continentales, a été mis en orbite par un lanceur Falcon 9 de la société SpaceX depuis la base de l’US Space Force de Vandenberg en Californie.

Le satellite SWOT révolutionne l’hydrologie en emportant à 891 km d’altitude un altimètre capable de surveiller les fleuves et lacs de notre planète. Les satellites ont révolutionné l’océanographie, ils bouleverseront demain l’hydrologie. La mission franco-américaine  emporte dans l’espace un instrument de rupture technologique, un radar interférométrique large fauchée dénommé KaRIn.

Grâce à 2 antennes radars situées aux extrémités d’un mât de 10 m, KaRIn effectue des mesures le long d’une fauchée large de 120 km alors que les radars altimétriques actuels sont limités à une bande de quelques kms à la verticale du satellite. Cette large trace au sol permet d’accéder au champ spatialisé des niveaux d’eau des fleuves de largeur supérieure à 100 m, ainsi que des lacs et zones d’inondation de surface supérieure à 250 m x 250 m, avec une précision décimétrique, et de quantifier les pentes avec une précision de l’ordre 1.7 cm/km (après moyennage sur une surface en eau > 1 km2).

Couplées à des modèles de géoïde de précision (GOCE) et à des modèles numériques de terrain précis, les données de la mission SWOT vont permettre d’améliorer de manière radicale des modèles hydrodynamiques fluviaux menant, selon des méthodes à fiabiliser, à des estimations des débits. Elles permettent également de déterminer les variations temporelles de stock d’eau dans les hydrosystèmes de surface (lacs, réservoirs et zones humides) et sur les dynamiques d’écoulements. Pour ordre de grandeur, on estime à plus de 30 millions de lacs dans le monde qui ont une superficie supérieure à 1 ha.

Outre les hydrologues, SWOT bénéficie aussi aux océanographes. KaRIn permet en effet d’observer les circulations de type sub-méso et méso-échelle (de quelques centaines à quelques dizaines de km) comme les tourbillons ou les filaments, d’en caractériser le transport vertical très dynamique, d’étudier la circulation côtière, d’affiner les modèles de prévision océanographiques mais aussi climatiques actuels. Le tout avec une précision centimétrique.

Porteuse d’innovations techniques, scientifiques et applicatives déterminantes, la mission SWOT tire parti d’une coopération de plus de 30 ans entre la NASA et le CNES dans le domaine de l’altimétrie.

MissionMesure globale des hauteurs d’eau des fleuves, lacs et zones inondées, des océans, hauturiers et côtiers
Instrumentsradar interférométrique KaRIn
LancementLancé le 16 décembre 2022
Durée3 ans
LieuOrbite circulaire inclinée de 78° à 891 km d’altitude
PartenairesCNES, NASA, CSA, UKSA
StatutEn exploitation
Fiche projethttps://cnes.fr/projets/swot

Les données et produits

Données pour l’hydrologie

Quatre produits principaux sont définis. Les produits « raster » et nuage de points sont au format NetCDF, les produits rivières et lacs au format shapefile, compatible avec les SIG. Les produits spécifiques aux rivières et aux lacs sont liés à des bases de données a priori, qui seront mises à jour tout au long de la mission.

Chaque rivière (ou fleuve) de plus de 30 m de large est définie dans une base de données a priori sous forme de ligne centrale de la rivière découpée selon des tronçons d’environ 10 km, et de nÅ“uds tous les 200 m le long de cette ligne. 

Les produits rivières sont fournis selon ces deux granularités pour les rivières identifiées dans la base de données a priori, avec pour le produit par « nœud » des variables comme la largeur, la hauteur, la surface inondée… moyennes autour de chaque nœud, et pour le produit par « tronçon » la hauteur moyenne, la pente moyenne, le débit moyen… sur chacun de ces tronçons de rivière.

Ces produits sont fournis par passage du satellite.

Le produit « tronçon » est aussi fourni par cycle, auquel cas les valeurs des variables sont fournies sur chacun des différents passages ayant mesuré tout ou partie du tronçon de cette rivière durant un cycle entier du satellite (21 jours).

Les surfaces d’eau hors rivières connues et qui font plus d’un hectare sont traitées comme « lacs ». 

Le produit par passage du satellite donne des informations (hauteur, superficie, contour…) pour chaque observation de ces surfaces d’eau. 

Pour chaque objet qui peut être rattaché à un élément de la base de données lacs a priori, l’information d’identification est ajoutée.

Le produit par cycle inclut un contour médian, la hauteur moyenne des lacs sur les passages où ils sont vu en entier (les observations d’une partie du lac seulement ne sont pas prises en compte). D’autres cas de figures plus complexes (vues de différentes parties du lac à chaque passage) sont pris en compte.

Un produit « raster » (cf l’exemple du Pô) est généré de manière systématique à partir du produit « nuage de points ». Il est au format NetCDF 2D, couvrira 4 tuiles de nuage de points (les 2 fauchées et 120 km le long de la trace) et fourni pour 2 résolutions : 100 m et 250 m. Les points produit raster sont fournis sur une grille régulière selon une projection UTM. C’est un produit par passage.

Il peut aussi être généré à la demande (via le portail de diffusion des données) : 

  • format : NetCDF, GeoTiff,…
  • sélection dans les variables
  • résolution (> 100m) et zone définie par l’utilisateur, avec une limitation en poids des données téléchargées. 

C’est le produit le plus brut sur les surfaces continentales. Un fichier, au format NetCDF, couvre une tuile, qui correspond à un côté de fauchée (gauche ou droite) sur 60 km le long de la trace au sol du satellite.

Le produit fournit la longitude, latitude, hauteur, taille du pixel et corrections pour chaque point classifié comme étant de l’eau, pour les points sur une zone tampon autour de ces zones d’eau ainsi que sur des zones systématiquement incluses (définies selon un masque a priori).

Ce produit est généré pour chaque passage du satellite. 

Un produit annexe est également fourni, le nuage de points vectoriel, qui inclut une géolocalisation contrainte par la hauteur et une assignation des points aux bases de données a priori des rivières et des lacs. 

Données pour l’océanographie

Il existe deux catégories de produits sur les surfaces océaniques, les produits systèmes CNES/NASA de niveaux 1 et 2 issus du projet SWOT, et des produits CNES à valeur ajoutée de niveaux 3 et 4.

  • L1B_LR_INTF
    Interférogrammes pour chacun des neuf faisceaux Doppler formés et moyennés spatialement par le processeur embarqué, puis corrigés au sol pour les biais de phase inhérents au traitement effectué à bord. La géométrie des mesures est également rapportée pour une utilisation dans les traitements ultérieurs.
  • L2_NALT_GDR
    Les produits SWOT nadir Geophysical Data Record (GDR) sont similaires à ceux des missions d’altimétrie nadir en cours, telles que Jason-3 et Sentinel-6 MF. Ils fournissent des mesures de l’anomalie de hauteur de la surface de la mer, de la hauteur significative des vagues et de la vitesse du vent à partir de l’altimètre nadir embarqué.
  • L2_RAD_GDR
    Les produits GDR du radiomètre sont similaires à ceux des missions Jason-3 et Sentinel-6-MF. Ces produits fournissent des mesures du contenu en troposphère humide, des corrections d’atténuation atmosphérique, de l’eau liquide des nuages, du contenu en vapeur d’eau et de la vitesse du vent.
  • L2_LR_SSH
    Hauteurs de la surface de la mer KaRIn provenant de la fauchée couvrant 60 km de chaque côté du nadir, avec un espace au nadir. Fournit également l’anomalie de hauteur de la surface de la mer, la vitesse du vent et la hauteur significative des vagues, sur une grille fixe géographiquement, alignée avec la fauchée, de 2 km × 2 km, ainsi que la hauteur de la surface de la mer sur une grille native de 250 m × 250 m.

  • L3_LR_SSH
    Produit multi-mission à étalonnage croisé qui ne contient que les variables associées à la topographie océanique nécessaires à la recherche thématique (p. ex. l’océanographie et la géodésie) et les applications connexes. Ce produit orienté recherche dérivé du L2_LR_SSH, est conçu pour être simple d’utilisation et peut être combiné avec d’autres missions altimétriques.
  • L3_LR_WIND_WAVE
    Produit innovant dérivé du L3_LR_SSH qui fournit des informations détaillées sur les caractéristiques des vagues de longueur d’onde supérieure à environ 500 mètres (associés généralement aux évènements extrêmes), notamment la hauteur significative des vagues, la longueur d’onde dominante et la direction de propagation des vagues.
  • DUACS L4 Multi-Missions
    Produit grillé de hauteurs de la surface de la mer et des vitesses de courants de surface calculés à partir des données d’altimétrie nadir et des données SWOT KaRIn de niveau 3.
     

Accès aux données

Les données sont accessibles sous licence ouverte.

Les cas d’usage

Dans le monde, les cours d’eau servent encore très largement de voies de circulation aux populations pour leurs déplacements. Or, certains ne sont navigables, en fonction de la taille et de la charge des navires, que lorsque la profondeur de l’eau est suffisante. Selon les pays et selon l’environnement, la surveillance du niveau de l’eau in situ n’est pas systématique et dans certains cas, les données collectées restent restreintes au niveau des stations de mesures.

Permettant aujourd’hui de compléter les mesures de terrain sans pour autant s’en affranchir, la mission franco-américaine SWOT, du CNES et de la NASA, ouvre le domaine de l’hydrologie aux mesures altimétriques grâce à son radar interférométrique KaRIn qui fournit avec précision des données sur les variations de la hauteur de l’eau sur les fleuves et rivières à partir de 100 mètres de largeur, de même que sur les lacs et zones humides d’une superficie supérieure à un hectare.

Pour plus d’informations : https://cnes.fr/actualites/swot-service-de-navigation-fluviale

Dans le contexte du changement climatique, le rapport du GIEC fait état qu’une quantité de plus en plus importante d’eau est stockée dans l’atmosphère, menant à des pluies plus abondantes et donc à des inondations plus fréquentes. Comprendre les différentes étapes qui constituent une inondation, caractériser finement les différentes zones à risque ainsi que les facteurs aggravants ou atténuants, devrait permettre de diminuer l’impact de ces événements pour la population.

Avec une période de revisite tous les 10 jours en moyenne, les données acquises par le satellite ne peuvent constituer à elles seules un système d’alerte aux inondations en temps réel. Cependant, elles constituent un complément d’observation essentiel aux données des satellites à fort taux de revisite qui ne mesurent pas simultanément la hauteur et l’étendue couverte par les inondations.

Ces données devraient permettre aux scientifiques d’améliorer les modèles de prévisions des inondations afin de donner aux institutions publiques des informations essentielles pour l’aménagement des territoires, mais aussi la mise en sécurité des populations en cas d’alerte.

Pour plus d’informations : https://cnes.fr/actualites/swot-etudie-letendue-inondations

La mission SWOT fournit des informations précieuses pour la sauvegarde des espaces naturels sensibles. Le satellite permet d’avoir une vision plus détaillée que jamais des zones humides en observant avec précision des lacs et plans d’eau d’une superficie même inférieure à un hectare, dépassant ainsi les exigences de la mission.

En observant la totalité du globe jusqu’à 78° nord et sud, la mission SWOT est en capacité de fournir des mesures des hauteurs d’eau de quasiment toutes les zones humides du globe y compris les plus reculées et cela à intervalle régulier. Elle permet aussi plus largement de détecter s’il y a, ou non, de l’eau afin de constater des variations d’une mesure à l’autre. L’assèchement ou au contraire l’augmentation du nombre, de l’étendue ou de la hauteur des surfaces d’eau observées seront ainsi examinées.

Pour plus d’informations: https://cnes.fr/actualites/swot-chevet-zones-humides

En première ligne des changements climatiques, les estuaires se découvrent désormais sous l’œil de SWOT, dont les données contribuent à modéliser le fonctionnement et à veiller à leur protection.A la frontière entre les cours d’eau et les océans, les estuaires sont des zones cruciales pour l’écosystème mondial. Ils abritent la majorité des grandes villes mondiales ainsi qu’une riche biodiversité. Les zones intertidales jouent un rôle essentiel dans l’écosystème de l’estuaire. Elles sont un lieu de nourrissage pour les oiseaux et les poissons, mais aussi un habitat idéal pour la faune et la flore vivant sur les fonds.

Surveillance des estuaires : soumis à la variabilité des forces hydrodynamiques et climatiques, les estuaires sont des territoires fragiles en perpétuelle évolution.

En fournissant des données précises et actualisées sur les estuaires, la mission SWOT ouvre la voie à de grandes perspectives pour la recherche et la gestion environnementale. Grâce à la possibilité de générer des relevés topographiques à partir de différentes acquisitions pendant les marées basses, SWOT offre la possibilité d’étudier plus en détails l’évolution de ces écosystèmes.

Cette topographie précise des zones intertidales est fondamentale pour la modélisation hydrodynamique des eaux peu profondes. Elle s’avère essentielle pour la prévision des inondations côtières, mais aussi l’identification des zones d’érosion, l’accumulation au niveau du littoral ou encore la navigation, la pêche et le tourisme. 

Pour plus d’informations : https://cnes.fr/actualites/nos-estuaires-perpetuel-mouvement

Notre mission consiste à identifier les secteurs où se trouvent les icebergs afin de déterminer la zone d’exclusion autour de l’Antarctique, dans laquelle les bateaux ne doivent pas naviguer. Dans une course autour du monde, les skippers ont bien sûr intérêt à se rapprocher des côtes antarctiques pour réduire la distance à parcourir. La subtilité de la zone d’exclusion Antarctique (ZEA) est donc de tracer la ligne le plus au sud possible pour laisser la place à la stratégie météo des skippers tout en garantissant leur sécurité vis-à-vis des risques de collision avec des icebergs.

En savoir plus :

Les outils

SWOT Community : https://github.com/SWOT-community

Cet espace github est dédié à la communauté mondiale des missions SWOT. Nous partageons notre expérience, notre code, nos recherches et bien plus encore. 

SWOT Community Galleries : https://swot-community.github.io/SWOT-galleries/ 

Tous les tutoriaux sur les données d’hydrologie et d’océanographie : 

Ocean Data Challenge – https://github.com/ocean-data-challenges : Si vous souhaitez participez à des challenges sur les données en lien avec l’Océanographie.

SWOT Swell – https://github.com/ardhuin/swellSWOT/ : Outils d’analyse permettant d’observer les longues houles dans les données SWOT « non lissées » et de travailler avec les spectres de houle dérivés de SWOT. 

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