2.2 Pourquoi la bande L ?

Il n’y a pas de définition stricte du domaine radio hyperfréquence, mais l’on considère communément qu’il s’étend de 0.3 à 300 GHz (de 1 m à 1 mm en longueur d’onde). On subdivise ce domaine en plusieurs bandes de fréquences, nommées par des lettres dont la définition est donnée dans le tableau 2.2.

La figure 2.3 illustre l’influence de la salinité sur la permittivite de l’eau dans le domaine des hyperfréquences, d’après le modèle de [47]. C’est pour les basses fréquences que la permittivité, notamment la partie imaginaire, est la plus sensible à la salinité. Au delà de 10 GHz, la salinité n’influence quasiment plus la permittivité. Les autre modèles de permittivité conduisent aux même conclusions (voir la section 4.2).

FIG. 2.3: Permittivités relatives de l’eau de mer à une salinité de 35 psu (tirets) et de l’eau pure (trait plein) en fonction de la fréquence (GHz). (gauche) partie réelle, (droite) valeur absolue de la partie imaginaire

On devrait donc choisir la fréquence la plus basse possible pour avoir une signature maximale de la salinité sur la T b, mais on doit prendre en compte d’autres contraintes qui pèsent sur le choix de la fréquence.

On a tout d’abord une contrainte instrumentale : la résolution angulaire (ou spatiale) d’une antenne est d’autant moins bonne que la fréquence est basse. Néanmoins, on peut améliorer la résolution de l’antenne en augmentant sa taille. Il s’agit alors de faire un compromis entre la taille de l’antenne et la fréquence pour atteindre une résolution que l’on juge acceptable (voir le chapitre 3.1 pour plus de détails, notamment sur la notion d’antenne réelle ou synthétique).

Une seconde contrainte provient du fait que l’on utilise un instrument passif et que le signal en salinité est faible. On peut difficilement se prémunir des émissions parasites naturelles dues au soleil, à la lune ou à la galaxie (qu’il va falloir prendre en compte) mais on peut éviter (en théorie) une ”pollution” de Tb causée par des instruments actifs. Pour cela, il nous faut utiliser une bande de fréquence protégée de toute émission d’origine humaine.

L’utilisation du spectre électromagnétique n’est pas libre et son utilisation est ”réglementée” par les World Administrative Radio Conferences (WARC). Il existe plusieurs bandes de fréquences interdites en émission qui permettent l’utilisation de détecteurs passifs et la bande 1.400-1.427 GHz (bande L) en fait partie. Cette bande est protégée pour les besoins de la radio-astronomie car elle est fondamentale pour détecter l’hydrogène atomique (HI) dans l’univers. C’est pourquoi la bande de fréquences dans laquelle SMOS fonctionnera est fixée (à l’heure actuelle) à 1404-1423 GHz, avec une fréquence centrale ₀ = 1.413 GHz soit une longueur d’onde ₀ = c/ = 0.2123 m où c est la vitesse de la lumière dans le vide. De plus, à cette fréquence l’atmosphère est relativement transparente et la quantité de vapeur d’eau non précipitante est sans effet sensible sur la mesure radiométrique, ce qui permettra à SMOS d’observer l’océan quelle que soit la couverture nuageuse (voir section 6.3).