Dossier Océanographie opérationnelle

Observation de l'océan depuis l'Espace

Mars 2005

Des progrès énormes ont été réalisés ces trente dernières années en particulier grâce à l’avènement de nouveaux outils d’observation, les satellites, qui ont offert une vision globale, continue et homogène des océans.  

Envisat Photo CNES	Jason1 Photo CNES	ADEOS Photo NASDA

Le tableau résume les paramètres permettant de décrire  la surface océanique dans l'ordre où ils ont été observés depuis l'espace (pour plus de détails voir page CNES).

Ce tableau appelle plusieurs observations :

• Parmi les quatre paramètres du tableau ci-dessus, seuls l'altimètre et le diffusiomètre ne sont pas tributaires d'une faible couverture nuageuse.

• La topographie dynamique fournie par l'altimètre permet d'accéder à l'information intégrée sur toute  la hauteur de la colonne d'eau ; température et salinité qui déterminent les écarts de densité des masses océaniques. C'est une grandeur intégrale qui joue pour l'océan le même rôle que la pression atmosphérique en météorologie.

• La salinité de surface fera bientôt partie des mesures réalisées depuis l'espace (SMOS).

• Certains  radars sur satellites dédiés (TRMM) permettent de mesurer les précipitations. L'océan représentant 70% de la surface de la Terre, ces mesures sont aussi des mesures océaniques!

• Parmi les mesures considérées comme vitales pour les modèles numériques il y la topographie (dont la pente par rapport au géoïde [5] dénote un courant océanique). C'est en cela que le risque d'interruption des mesures altimétriques à partir de 2007/2008, c'est à dire lorsque Jason 1 et ENVISAT auront dépassé leur durée de vie, est préoccupant.

• La complexité, la turbulence, la diversité du spectre spatio-temporel des phénomènes océaniques ne peuvent être appréhendés qu'à l'aide d'un nombre considérable de mesures; Un échantillonnage insuffisant peut dégrader la qualité des prévisions. L'analyse confirmée par treize ans d'expérience montre qu'il faut au moins 2 missions (sur des orbites distinctes), pour avoir une richesse de mesures suffisante. Dans le cas particulier de l'altimétrie océanique, le fait que l'une des 2 missions (TOPEX-Poséïdon hier, et Jason-1 aujourd'hui) soit une mission dédiée permet d'accéder à une précision de mesure inaccessible aux satellites Multi-Mission, tels qu'ERS ou ENVISAT [3]. 
  A partir de Jason-1 et ENVISAT, cette complémentarité est confortée par l'emploi du système d'orbitographie précise DORIS, (présent sur ces 2 missions, ainsi que sur TOPEX-Poséïdon ). L'orbitographie précise est aussi assurée par télémétrie laser et GPS.

• Comme indiqué ci-dessus, à l'exception de TOPEX-Poséïdon et Jason-1, tous les autres systèmes sont mis en place pour des finalités multiples (observations de l'atmosphère, et/ou de la biosphère, et/ou de l'océan). 

• A l'exception de ASCAT/METOP, tous les systèmes existants ou prévus, et utiles pour la prévision océanique, sont des systèmes expérimentaux mis en place à des fins de recherche ou de démonstration. Alors que l'expérience mondiale GODAE est concluante, le risque d'interruption des observations, irréparable en ce qui concerne le suivi du niveau de la mer dans les diverses provinces océaniques, est réel.

Les données issues des mesures spatiales sont transmises en temps réel aux centres d'exploitation qui les rediffusent aux laboratoires et centres opérationnels.

Pour la France, c'est le Cnes via le projet AVISO qui met à la disposition des utilisateurs ces données en temps quasi réel. 

Exemple de cartographie de l'océan 

Anomalie de hauteur de l'océan Source Aviso	Température de surface Source NASA/JPL-Caltech

Ce volet “observations spatiales” s’appuie depuis décembre 2001 sur le satellite dédié Jason1, successeur de TOPEX-Poséïdon. Ces deux satellites, conçus exclusivement pour restituer le relief de la surface océanique [4], mesurent avec une précision de l’ordre du centimètre le niveau local des mers, paramètre très sensible aux fluctuations de la circulation océanique, et des transports d'énergie et de matière associés. 

Pour mieux comprendre l'acharnement mis dans l'amélioration des mesures altimétriques, il faut savoir ce que représente un centimètre de dénivellation: il peut dénoter un courant moyen de 1 à 7 millions de tonnes par seconde (selon la latitude). Comme l'expérience l'a bien montré, dans le cas du phénomène El Niño 97 [2], le réalisme des prévisions est totalement tributaire de la précision des mesures injectées dans le modèle (ainsi, bien entendu, que du degré de sophistication de celui-ci).
TOPEX-Poséïdon et Jason 1 ont été le fruit d’une coopération exemplaire entre le CNES et la NASA débutée il y a plus de 15 ans. Grâce à la durée de vie exceptionnelle de Topex Poséidon, ces deux "arpenteurs des océans" ont pu voler côte a côte avec un écart de 500 Km environ, de décembre 2001 à août 2002.
Ce "vol en formation", qui préfigurait d'ailleurs les "flottilles de satellites spécialisés" qui se mettent en place, a permis un "inter-étalonnage", une comparaison sans précédent de 2 systèmes de haute précision, conçus et lancés à 9 ans d'intervalle !  

Les mesures sont utilisées par plusieurs centaines d'équipes scientifiques de par le monde, en synergie avec celles fournies par d’autres instruments (altimètres, diffusiomètres, radiomètres des satellites ERS, ADEOS, NOAA...).

Les mesures spatiales, les mesures In-Situ, et les Modèles numériques qu'elles alimentent, constituent les trois piliers de "l'approche intégrée", fondement de "l'Océanographie Opérationnelle". 

Les mesures In Situ donnent accès à la température et la salinité en fonction de la profondeur. Combinées à la topographie mesurée par satellite, elles permettent une description tridimensionnelle de l'état de l'océan.

A titre indicatif, les satellites réalisent 50 000 mesures par jour et par altimètre, tandis que l'on dispose de quelques centaines de mesures In Situ chaque jour. 

L'ensemble de ces mesures peut paraître redondant. Compte tenu de l'ampleur et de la complexité de la tache, il s'agit en réalité d'un minimum tout juste suffisant ! En outre, cet ensemble permet d'estimer en permanence la cohérence des diverses mesures et de contrôler les risques d'erreur ou de dérive instrumentale ("validation croisée" et/ou inter étalonnage direct).

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Voir aussi :

• Émergence de l'océanographie opérationnelle

• Les modèles numériques

• L'observation de l'océan depuis l'océan (mesures in-situ)

• Une grande "Cause mondiale"

Sites internet :

Jason oceanobs gulf_stream

CNES Jason Centre National d'Étude Spatiales

AVISO Altimétrie

ESA ENVISAT European Space Agency

NASA Topex/Jason National Aeronautics and Space Administration

Références

[2] Pascale Delecluse :La Recherche, N°307 Mars 1998.Retour

[3] PY Le Traon et alii: Satellites work in tandem to improve accuracy of data, 
(EOS Transactions AGU vol 76, n° 39 p.385. 26/09/95). Retour
[4] Claude Allègre : COURANTS DE MER, Le Point N°1224 (2 Mars 1996). Retour

[5] Le géoïde est la surface équipotentielle du champ de pesanteur terrestre qui coïncide au mieux avec le niveau moyen des mers. Retour