MODÉLISATION ET PRÉVISION OCÉANOGRAPHIQUES

Les océans couvrent environ 361 millions de kilomètres carrés, soit 70,8 p. 100 de la surface du globe, avec une profondeur moyenne de 3 700 mètres. Ils sont une composante majeure de notre planète et de son histoire. La vie sur Terre est issue de ce milieu. L’océan a d’abord été connu par des mesures locales, puis les satellites ont permis une vision d’ensemble de sa surface, et enfin les instruments les plus récents permettent d’en explorer les profondeurs.

L’observation de l’océan est difficile même si les progrès technologiques ont permis des avancées importantes. La confrontation des mesures aux théories met en place une démarche expérimentale. Or il n’est pas possible d’élaborer en laboratoire une « maquette » des océans qui puisse prendre en compte toutes les interactions d’échelles des mouvements océaniques. La modélisation numérique de l’océan est donc une méthode expérimentale qui, confrontée aux théories et aux mesures, permet de faire avancer les connaissances. Mesures in situ et par satellite, expériences de laboratoire et modélisations numériques se combinent désormais pour comprendre et prévoir les océans.

Mesurer l'océan

Les cartes du monde antique montrent que les connaissances que l’on avait de l’océan ont d’abord répondu à la motivation de faciliter le trafic maritime. Les plus anciennes décrivent le contour des côtes, les courants et les vents de surface. Elles sont souvent ornées de « monstres marins », illustrant la méconnaissance des océans en profondeur. On peut associer l’océanographie moderne – l’étude scientifique des océans, qui s’est développée à partir de la seconde moitié du xix^e siècle – avec le début des mesures océanographiques en profondeur, dans le but d’explorer ce qui se passe sous la surface des océans. Pour obtenir différentes mesures de température, salinité, courants, en surface, mais aussi et surtout en profondeur, l’océanographie moderne a développé une instrumentation spécifique à ce milieu opaque.

Islande : carte ancienne

Publiée en 1590 dans un des ouvrages du cartographe anversois Abraham Ortelius, cette carte de l'Islande et de ses alentours illustre bien la perception et les connaissances de l'océan à cette époque. Si les côtes et le littoral étaient déjà connus (aux approximations de projection... 

Crédits : Fine Art Photographic Library/ Corbis/ Getty Images

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Les campagnes océanographiques

Depuis ses débuts, l'océanographie a eu recours à des navires. Certains, consacrés uniquement à la recherche (navires océanographiques), sont affectés spécifiquement à l'étude d'une région donnée ou d'un processus ; d'autres, à vocation commerciale, fournissent des mesures dites d'opportunité. La nécessité de recourir à un bateau, moyen lent et coûteux, limite toutefois les capacités d'observation. Un navire océanographique effectue des mesures de routine tout le long de son parcours, ainsi que des observations à certains points fixes préalablement déterminés (stations) ; il permet aussi la mise en place de matériels ancrés.

L'instrumentation développée à partir d'un navire

Pour obtenir des profils rapides de température dans les couches superficielles de l'océan, un des premiers instruments a été la sonde largable, dite encore sonde bathythermographique. Celle-ci mesure la température lors de sa chute libre dans l'océan. La profondeur est déduite de la vitesse de descente, et la transmission des données se fait par l'intermédiaire d'un fil de cuivre (conducteur), relié au bateau et qui casse vers 400 ou 700 mètres ou même 1 500 mètres selon la sonde. Ce type de mesure rudimentaire est très utilisé, car il ne nécessite pas l'arrêt du navire. Mis en œuvre depuis les années 1960, cet outil est fondamental pour obtenir des informations sur le comportement de l'océan, la densité des observations réduisant les problèmes d'incertitude et de précision rencontrés. Depuis 1992, la sonde largable peut être équipée d'un capteur de conductivité (à partir de laquelle est calculée la salinité).

L'instrument de base des océanographes est la bathysonde (ou sonde CTD) qui mesure la conductivité (C) et la température (T) en fonction de la profondeur (D pour depth) à partir d'un navire en station. Deux types de développements techniques ont permis de généraliser son utilisation. Munie d'ailerons latéraux, la sonde peut alors être tractée par un navire, l'inclinaison des ailerons réglant son angle de pénétration dans l'eau ; elle peut ainsi effectuer des allers et retours dans les couches superficielles. Elle est très utile, par exemple, pour l'exploration d'une zone de variabilité rapide des paramètres physiques comme les structures frontales. Il est également possible de l'utiliser pour obtenir des profils réguliers de la colonne d'eau, au point fix [...]

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Islande : carte ancienne
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Anomalies du niveau de la mer mesurées par satellite
Crédits : EU Copernicus Marine Service

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Répartition mondiale des flotteurs du programme Argo
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Océanographie : déploiement d’un flotteur libre
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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