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La profondeur des fonds marins est une donnée essentielle pour un grand nombre de domaines d'activité : scientifique, économique, politique. La bathymétrie – la science de la mesure des profondeurs de l'océan – a des applications aussi diverses que la gestion des ressources minérales et vivantes, l'aménagement des habitats sous-marins, l'implantation des câbles sous-marins et autres pipe-lines , l'extension des juridictions des pays riverains dans le cadre de l'article 76 de la convention des Nations unies sur le droit de la mer, etc. Sur le plan scientifique, des questions d'ordre fondamental – telles que la formation des fonds océaniques ou le rôle du relief sous-marin sur l'évolution du climat – passent par une connaissance globale et homogène de la topographie du plancher océanique. Les cartes globales de bathymétrie actuellement disponibles sont inadaptées pour bon nombre de ces applications, car de vastes zones océaniques demeurent inexplorées. Les sondeurs acoustiques multifaisceaux offrent la résolution adéquate, mais il faudrait plus de 200 années-navire pour couvrir l'ensemble des grands fonds, pour un coût de l'ordre de plusieurs milliards d'euros. En revanche, l'altimétrie satellitaire permettrait d'obtenir un modèle global de bathymétrie satisfaisant pour de nombreuses applications, en moins de six ans, à un coût inférieur à la centaine de millions d'euros. En effet, dans l'océan, les masses d'eau ont tendance à s'accumuler au-dessus des montagnes sous-marines, à cause de l'attraction causée par les reliefs. La surface de l'océan au repos (en l'absence de toute perturbation océanique) correspond au géoïde, une surface équipotentielle en tous points, perpendiculaire à la force de pesanteur locale. Les satellites altimétriques mesurent les variations de hauteur de la surface des océans, donc les ondulations du géoïde, associées aux variations de la topographie sous-marine. Les données altimétriques actuelles, combinées aux données existantes de bateaux, permettent ainsi d'estimer, de manière indirecte, les variations de topographie dans les longueurs d'ondes comprises entre 16 et 160 km. Une nouvelle mission altimétrique, spécifiquement dédiée à la collecte de données gravimétriques « haute résolution », permettrait d'accéder à des longueurs d'onde plus courtes, jusqu'à ∼6 km environ. Cet article détaille les objectifs pour lesquels ce gain en résolution est essentiel : • déterminer le rôle de la topographie sous-marine et de la rugosité des fonds sur la circulation globale, les échanges à l'intérieur de la masse d'eau, le climat, les habitats benthiques ; • comprendre les processus géologiques à l'origine des structures intraplaques, telles que les collines abyssales, les microplaques, les propagateurs et les volcans sous-marins ; • cartographier le champ de gravité et améliorer les systèmes de navigation inertielle ; • fournir une couverture gravimétrique « haute résolution », homogène et globale, des marges continentales. • asseoir les revendications de juridiction dans le cadre de la convention des Nations unies sur le droit de la mer. La résolution de la gravimétrie satellitaire se heurte à des limitations d'ordre physique (liées à la loi de gravité) et non instrumental. La technologie actuelle permet d'accéder à la résolution ultime de la méthode. Les spécifications techniques d'une mission spécifiquement dédiée à la gravimétrie « haute résolution » et à la bathymétrie sont beaucoup moins contraignantes et moins coûteuses que celles des missions océanographiques. La donnée fondamentale à acquérir est la pente du géoïde, à une précision de l'ordre du microradian (1 mm km −1 ) ; la détermination ultra-précise de la hauteur de la surface de l'océan n'est pas nécessaire. Pour atteindre la résolution ultime, il est proposé ici : – d'améliorer la précision de l'altimètre d'un facteur 2 par rapport à ceux qui ont été embarqués sur ERS-1 et GeoSat, ce qui est faisable actuellement, de manière à réduire le bruit dû aux vagues ; – de densifier les traces, pour porter à 6 km l'espacement à l'équateur ; – de porter à six ans la durée de la mission, afin de pouvoir réduire le bruit par sommation sur les traces répétitives ; – d'incliner les orbites à 60° (ou 120°), de façon à avoir la même précision sur les composantes nord–sud et est–ouest de la déflection de la verticale ; – d'améliorer les performances de l'altimètre près des côtes (celui-ci doit « décrocher » et « raccrocher » au plus près de la terre). Pour citer cet article : D.T. Sandwell et al., C. R. Geoscience 338 (2006).

Bathymetry from space: Rationale and requirements for a new, high-resolution altimetric mission