Dossier Océanographie opérationnelle

Mars 2005 - Mise à jour Janvier 2009

L'émergence de l'océanographie opérationnelle

Inspiré d'un article publié par Raymond Zaharia dans  le Bulletin de la SFPT (Société française de photogrammétrie et télédétection) Ier semestre 1999.

Mars 2005 - Dernière mise à jour : juillet 2006

I - Qu'est-ce que l'océanographie opérationnelle?

II - Importance de l'Océan

III - Quelques enjeux de l'océanographie opérationnelle

I - Qu'est-ce que l'océanographie opérationnelle ?

Les grands courants vus par l'altimétrie Origine : Aviso

L'océanographie opérationnelle permet de donner, à tout moment  des valeurs concrètes concernant l'Océan dans une région précise du globe. (par exemple, un état de mer, une température de surface, le sens et la force d‘un courant...)  et de prévoir à plusieurs jours  l'état de l'Océan, cela de la même manière que Météo France fournit régulièrement au grand public et aux professionnels,  un bulletin de prévision des circulations atmosphériques et du " temps " pour les jours à venir,

  Mercator Océan , expérience française d'océanographie opérationnelle est désormais capable de prédire   "l'Océan qu'il fera" : 

"Toulouse, mercredi 17 janvier 2001, matin. Les océanographes de l'équipe Mercator émettent leur premier bulletin de prévision océanique ; ils décrivent avec 15 jours d'avance l'état de l'Atlantique Nord et Tropical dans toutes ses dimensions : courants, température et salinité, en surface comme en profondeur. Il cartographient la position et l'intensité des grands courants transatlantiques comme le Gulf Stream, celles des anticyclones et dépressions océaniques qui en perturbent le cours, mesurent au nord la plongée dans les abysses des eaux de surface froides et salées, ou dans les tropiques le chassé-croisé des courants et contre-courants équatoriaux. Un océan d'hiver dans tous ses états comme on ne l'avait jamais vu..."

Cela parait simple, pourquoi ne l'a-t-on pas fait plus tôt? En réalité, cela implique une connaissance très approfondie du domaine océanique, la mise en oeuvre de technologies de pointe pour  la mesure permanente des paramètres physiques de la mer et le développement de modèles numériques. 

La connaissance de ces paramètres physiques par les mesures satellitaires et les mesures in-situ, combinée avec des modèles de description de l'Océan de plus en plus sophistiqués permet aujourd'hui de cartographier l'Océan et de faire des prévisions en trois dimensions (et même quatre si l'on tient compte de l'évolution des courants en fonction du temps). 

C'est cette "approche intégrée" comprenant  mesures  et outils numériques, qui a  ouvert la voie de l'océanographie opérationnelle, avec tout l'enjeu des applications que l'on connaît dès maintenant (voir paragraphe IV ci-après) et de celles qui viendront à l'issue de l'expérience mondiale en cours GODAE (voir chapitre Modèles Numériques). 

Pour en savoir plus :

• Les modèles numériques

• L'observation de l'Océan depuis l'espace

• L'observation de l'Océan depuis l'Océan (mesures In-Situ)

• Article de Pierre Bahurel : "L'Océan qu'il fera"

II - Importance de l'Océan

"Des golfes clairs à la planète bleue"...
Le rôle des Océans dans l'évolution du climat et de l'environnement terrestre constitue une des grandes questions auxquelles l'humanité est maintenant confrontée.

En effet, les Océans transportent et échangent avec l'atmosphère de colossales quantités de matière (vapeur d'eau, gaz carbonique, minéraux...) ou d'énergie (chaleur, quantité de mouvement). 

Leur masse représente 300 fois celle de l'atmosphère, ils ont une capacité de stockage de la chaleur 1200 fois plus grande; et ils contiennent 70 fois plus de carbone.
Ils jouent donc un rôle essentiel dans le phénomène du réchauffement climatique. 

Dans le passé, leur niveau moyen s'est abaissé, lors des grandes glaciations (ou élevé, lors des périodes de réchauffement) de plusieurs dizaines de mètres. 

Le milieu à observer est immense : plus de 600 fois la superficie de la France et 70% de la Planète. 

Les Océans fluctuent à toutes les échelles de temps et d’espace, de quelques heures à quelques centaines d’années, de quelques kilomètres à quelques milliers de kilomètres, affectant ainsi à des degrés divers l’environnement terrestre. 

Ce spectre de variabilité est essentiel car il confère à l'Océan "une mémoire" à long terme, à la différence de l'atmosphère qui "oublie tout" en 15 jours. 

La houle, les cyclones, les marées, dont on connaît les conséquences sur le milieu marin, furent parmi les premiers phénomènes directement observables. 

Un autre exemple fameux de l’influence des Océans sur l’environnement est fournie par les "grands courants de bord Ouest", comme le Gulf-Stream sur l’Atlantique nord ou le Kuroshio sur le nord Pacifique. Ces courants naissent sous l'influence combinée de la rotation terrestre, des vents, et des flux de chaleur à l’interface Océan-atmosphère. Ils contribuent au caractère turbulent de l'Océan, car ils engendrent eux-mêmes des tourbillons d’environ 100 km de diamètre véhiculant des énergies importantes. 
Le Gulf-Stream peut se comparer à une canalisation de chauffage central (de 100 km de largeur et de 1 km d’épaisseur), dans laquelle l'eau circule en surface à la vitesse de 80 Km/jour. Cette vitesse de déplacement fut mise à profit par les premiers navigateurs au cours de leur traversée vers l’Europe. L'énergie ainsi transportée de l'équateur vers le pôle est celle que fourniraient environ 1 500 000 centrales électriques de 1300 MW. 

Le climat tempéré européen bénéficie largement de cet apport de chaleur marin. Ayant traversé l'Atlantique Nord en quelques mois, l'eau tropicale de surface s'est refroidie et évaporée tout au long de son périple de quelques 4000 Km. En arrivant dans la zone sub-arctique, une partie de cette eau va repartir en surface vers le sud et rejoindre l’équateur pour se recharger à nouveau en chaleur, une autre partie se refroidit assez pour plonger vers le plancher océanique, et entreprendre un tour du monde qui va durer quelques centaines d'années: Elle rejoint le fameux tapis roulant ("conveyor belt"), une image très schématique,  de ce que les océanographes appellent circulation thermohaline.

Cette circulation contribue au transfert de la chaleur depuis les tropiques vers les pôles.

Le principal moteur de la circulation thermohaline se trouve ainsi dans l'Atlantique Nord. L'une des questions que se posent à son sujet certains experts du GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental d'Etude du Climat), est de savoir si le réchauffement climatique lié à l'excès de gaz à effet de serre pourrait le ralentir, voire même le bloquer [1]. 

L’Océan connaît également des variations à l’échelle de la saison, liées aux variations d’intensité des vents et au refroidissement ou au réchauffement solaire des eaux aux différentes saisons. Il existe un lien direct entre saisons océaniques et saisons atmosphériques avec toutefois un décalage en temps de quelques 3 mois, du au délai de réaction des masses d’eau océaniques aux changements atmosphériques (c’est ainsi que l’été “océanique” a lieu pendant l’automne). 

 C’est ainsi que de telles anomalies sont également observées sur les autres bassins océaniques. 
Le couplage océan-atmosphère qui fait intervenir des dynamiques et des échelles différentes atteint ici toute sa complexité.
Ces quelques exemples illustrent toute la difficulté de bien appréhender le milieu océanique, son interaction avec l’atmosphère (et avec les terres émergées) et donc ses conséquences sur le climat. 

Pour en savoir plus, voir :

L'Océan en mouvement Ifremer

Le Gulf Stream 

Jason oceanobs gulf_stream
Jason Oceanobs climat
 

III -Quelques enjeux de l'océanographie opérationnelle

Les analyses et prévisions tridimensionnelles systématiques de l'Océan présentent un intérêt incontestable pour bon nombre de secteurs, cette liste n'est pas exhaustive : 

• La connaissance de l'état de l'Océan à 3-4 semaines (bulletins de situation), au profit de la navigation commerciale, des plates-formes offshore, des flottes de pêche, ainsi que des forces navales.

L’exemple du programme Mercator est tout à fait révélateur. Des prévisions de la circulation tridimensionnelle de l’Atlantique  sont ainsi fournies plus de deux semaines en avance.                                                                          Voir les produits Mercator en images

L’observation et la prévision à l'aide de modèles couplés océan-atmosphère d'événements climatiques “anormaux” comme celles fournies en 1997 (NOAA aux Etats Unis, et CEPMMT [2] en Europe), sur l’évolution du El Niño, le plus intense de la période récente. De tels événements inter-annuels ont également été observés et modélisés sur l’Atlantique.

• La prévision météo-océanique en zone côtière (érosion, implantation d'ouvrages, dispersion de pollutions, permanentes ou accidentelles). Les Centres de Météorologie, (Météo France, et le CEPMMT à Reading en particulier), développent à cet effet des systèmes opérationnels de prévision d’état de mer et de courantométrie intégrant les mesures altimétriques et les autres mesures disponibles.

• Le suivi des variations du niveau moyen des mers depuis bientôt treize ans:  permettent d'évaluer différents modèles d’évolution à long terme du climat, pour tenter de donner des réponses aux questions de fond que sont le rythme du réchauffement, le rôle des rejets de gaz carbonique, et le rôle régulateur de l’Océan. L'indispensable étalonnage de cette précieuse série temporelle est possible grâce à un réseau de marégraphes triés en fonction de la qualité de mesure et de la possibilité d'un rattachement géodésique.

Et d'autres applications encore, pour en savoir plus, voir : 

Mercator Océan , applications

La convection profonde en Atlantique Nord vue par Mercator, janvier 2005

Références :
[1] JC Duplessy: "Quand l'Océan se fache", Editions ODILE JACOB. Retour
[2] Pascale Delecluse :La Recherche, N°307 Mars 1998. Retour

Quelques organismes présents dans le domaine :

MERCATOR Océan

IFREMER   Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer 

NOAA National Oceanic Atmospheric Administration

JAMSTEC Japan Agency for Marine-Earth Science and TEChnology 

Voir aussi video ESA/CNES/Ariane Espace sur l'Observation des Océans