Altimétrie spatiale haute résolution par interférométrie radar en bande Ka / l'instrument KaRIn de la mission SWOT

A. Mallet, CNES

Contexte: L'altimétrie spatiale a aujourd'hui atteint un niveau de maturité incontestable qui la rend incontournable pour de nombreuses applications scientifiques ou opérationelles. Elles sont principalement dérivées de la mesure extrêmement précise de la hauteur des océans. L'observation se fait sous la trace du satellite (au nadir). La résolution planimétrique (taille de la zone océanique qui contribue à la forme d'onde dont est déduit l'information de hauteur) est typiquement de quelques dizaines de km², tout à fait compatible des phénomènes grandes échelles étudiés.
Par contre, malgré l'utilisation de techniques avancées, ce principe est par nature très limité pour l'observation haute résolution des océans, du mileu côtier et des eaux continentales. Pour y parvenir, une rupture de concept est nécessaire. Elle est accessible par l'interférométrie spatiale simultanée. Elle se caractérise par une visée latérale du radar et la présence de deux antennes de réception qui forment la base interférométrique. Ainsi, il est possible d'associer une large fauchée avec une excellente résolution planimétrique. On peut ainsi envisager une couverture totale du globle (dans la limite de l'inclinaison de l'orbite du satellite), avec une mesure à la fois très précise et résolue.
L'instrument KaRIn, radar interférométrique en bande Ka, constitue l'instrument principal de la mission SWOT en cours de développement dans le cadre d'une coopération franco-américaine, pour un lancement en 2019. Cette mission constituera une première dans la capacité à évaluer et surveiller la majeure partie des resssources d'eau continentale, répondant à des enjeux sociétaux primordiaux. La capacité haute résolution sera également mise à profit en océanographie pour l'étude des phénomènes méso-échelles dont l'impact est très important sur la dynamique globale des océans. Enfin, les données haute résolution en côtier sont très attendues.
Cette rupture de concept dans l'altimétrie nécessite également des ruptures technologiques importantes. Outre les sous-système antennaire (bras excessivement rigide déployable de 10m, antennes réflect array en bande Ka) et numérique, le sous-système hyperfréquence est excessivement exigeant. Ce boîtier hyperfréquence (ou RFU pour Radio Frequency Unit) au cœur de l'instrument KaRIn sous responsabilité américaine, sera développé sous responsabilité française. Il comporte des spécifications très sévères notamment sur la puissance émise, le facteur de bruit de réception et la stabilité/connaissance de la phase de transfert nécessitant le recours à des stratégies de calibration très évoluées.

Résumé: On se propose dans un premier temps de positionner rapidement l'altimétrie à fauchée par rapport à l'altimétrie de référence. Dans un second temps, le principe (interférométrie simultanée) sera illustré. Ensuite la mission SWOT sera présentée dans ses grandes lignes. Enfin, le boîtier hyperfréquence, au sein de l'instrument KaRIn, sera détaillé et les différents challenges techniques correspondants seront mis en évidence.