Altimétrie satellitaire

La forme géométrique permanente des océans épouse de très près le géoïde, surface équipotentielle du champ de gravité, et reflète donc la distribution hétérogène des densités de la matière depuis le fond des océans jusque dans les grandes profondeurs de la Terre. Ceci permet donc d'une part d'avoir accès en quelque sorte à la composition interne de la Terre mais aussi à la topographie du fond des océans. En effet, une chaîne de montagne sous-marine crée un excédent de matière alors qu'un abysse provoque un déficit de matière engendrant réciproquement une bosse et un creux à la surface de la mer.

La surface des océans est donc également le reflet du relief de ses fonds marins: par exemple une bosse de 1 m dans la surface de la mer correspond approximativement à une montagne sous-marine de l'ordre de 1 000 m d'altitude. Les mesures combinées des satellites TOPEX/Poseidon et ERS-1 ont conduit notamment à une cartographie de l'ensemble de la topographie sous-marine avec une résolution spatiale de 7 km (A. Cazenave, GRGS/Toulouse) permettant de mettre en évidence les chaînes de volcans sous-marins, les zones d'interface entre les plaques tectoniques, et pourquoi pas… les traces des cratères d'impact des astéroïdes.

À la topographie permanente, au moins à l'échelle de milliers d'années, vient se superposer un relief créé par les courants océaniques. La vitesse de ces courants est proportionnelle à la pente locale de la surface de l'eau. Par ailleurs, dans l'hémisphère Nord les courants tournent dans le sens des aiguilles d'une montre autour des " bosses " et dans le sens inverse autour des " creux ": ce phénomène s'inverse dans l'hémisphère Sud du fait de la rotation de la Terre. L'amplitude typique du relief de la surface des océans lié aux courants (appelée topographie dynamique) est de ±1 m. Lorsqu'on sait qu'un courant comme le Gulf Stream (au nord de l'atlantique nord), créant un relief de l'ordre du mètre, est capable de transporter un flux de 100 millions de m³ d'eau par seconde (environ 100 fois le total des rivières du globe) il n'est pas difficile d'imaginer tout l'intérêt d'être capable de mesurer la surface des océans avec une très grande précision. En effet, ces énormes masses d'eau transportent avec elles l'énergie thermique emmagasinée par l'océan et servent donc de régulateur thermique. Toute variation dans la quantité d'eau transportée ou dans la direction du courant aura donc une influence sur les phénomènes météorologiques (précipitation et évaporation) ou climatiques pour des modifications importantes à long terme. L'exemple récemment médiatisé du phénomène El Niño illustre bien cet aspect. En effet, les quelque deux mille milliards de mètres cubes d'eau chaude transportés en quelques mois des rivages Australiens vers les côtes péruviennes sont à l'origine, durant plusieurs mois, de conditions météorologiques inhabituelles et d'une succession d'événements désastreux à l'échelle de la planète.

La prévision ne peut se faire qu'au moyen de modèles. L'océanographie spatiale doit encore « engranger » des informations sur de grandes échelles de temps pour être à même de construire des modèles climatiques fiables, au moins à l'échelle de quelques années. Les enjeux et les besoins d'observation font en quelque sorte de l'océanographie et de la météorologie des « sœurs jumelles ». Ainsi, l'altimétrie opérationnelle en fournissant à la fois des informations sur la vitesse et la direction des courants, la hauteur des vagues et la force du vent… établit un trait d'union entre la météorologie marine et l'océanographie physique.