Le projet CORIOLIS :
acquisition, validation et diffusion de données océaniques

Extrait de la Lettre n°12 du Programme International Géosphère Biosphère-Programme Mondial de Recherches sur le Climat (PIGB-PMRC)

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1 : Exemple de synthèse réalisée à partir des données Coriolis.



2 : Exemple d’utilisation des données fournies par un flotteur-profileur PROVOR.

















3 : Réseau mondial ARGO.

















4 : Le flotteur - profileur PROVOR.







5 : Exemple de profils Température / Salinité enregistrés par un flotteur.



6 : Cycle Provor. Le flotteur PROVOR dérive dans la masse d'eau.

L'océan joue un rôle essentiel dans la régulation climatique. La circulation océanique globale et les transports de chaleur associés sont des clés pour comprendre l'évolution du climat. Surveiller et prévoir le comportement de l'océan est donc un défi majeur pour le début de ce siècle. Relever ce défi permettra de mieux gérer l'océan dans le cadre d’un développement durable, et d'espérer prévoir un jour la variabilité climatique à l'échelle des mois, des saisons, des années.

Une telle ambition devient aujourd'hui possible, avec le progrès des connaissances, des moyens de calculs, de la modélisation, des techniques d'observation spatiales et in situ. C'est le défi de l'océanographie opérationnelle que la France cherche à relever au travers d'un programme de recherche comprenant trois volets complémentaires :

• le volet satellite avec JASON qui fournira les données altimétriques à la suite de Topex/Poséidon,
• la modélisation globale de l'océan avec MERCATOR qui assimile les données altimétriques et in situ,
• les mesures in situ avec CORIOLIS.

Ces projets contribuent aux programmes internationaux GODAE (Global Ocean Data Assimilation Experiment) pour la modélisation et ARGO pour les mesures in situ qui culmineront en 2004-2005.


Qu'est-ce que CORIOLIS

CORIOLIS est un projet pilote, issu d'une réflexion entre les organismes Français impliqués dans l'océanographie1, qui propose de mettre en place une structure pour l’acquisition, la collecte, la validation et la diffusion en temps réel et différé de données in situ relatives à l’océan mondial. Les observations concernées sont principalement les mesures des paramètres physiques : température, salinité et vitesse, sous la forme de profils ou sections à haute résolution verticale ou horizontale et de séries temporelles.

CORIOLIS comprend trois phases :
• une phase de préparation (2000-2002) synchronisée avec la mise en route de MERCATOR, qui verra la mise en place progressive des éléments du système,
• une phase de démonstration (2003-2005) au cours de laquelle CORIOLIS opérera en mode d’exploitation,
• une phase d’évaluation (2004-2005) qui fera des recommandations à partir de l'expérience acquise sur ce que pourrait être une structure opérationnelle pérenne.

Le projet CORIOLIS se décline selon quatre lignes de force :
• la mise en place d’un service de données in situ globales,
• la participation au programme ARGO,
• le développement de profileurs,
• l'intégration des dispositifs nationaux de mesures in situ.

La mise en place d’un service de données in situ globales

Un service opérationnel de données CORIOLIS se met en place progressivement pour collecter, contrôler, diffuser toutes les données in situ d'océanographie physique utiles à l'océanographie opérationnelle, essentiellement des profils de température et de salinité et des vitesses horizontales. Le cœur du service est implanté à Brest à partir de l'expérience accumulée depuis vingt ans par la banque de données océanographiques d'IFREMER. Il concentre l'ensemble des données in situ disponibles en temps réel provenant essentiellement du réseau mondial de transmission de la météo (le SMT dont le partenaire Français est Météo-France) et met ainsi à disposition de MERCATOR 3500 profils (essentiellement de température et provenant aujourd'hui en majorité de l'Atlantique) sur une base hebdomadaire au stade actuel. Ces données servent actuellement à valider les sorties du modèle prototype : depuis le début 2001 MERCATOR édite chaque semaine un bulletin de prévision de l'océan (www.mercator.com.fr). Elles seront ultérieurement assimilées par MERCATOR et utilisées par d'autres clients du temps réel, tels que la défense (SHOM) ou Météo-France.

Le centre de données fonctionne aussi en mode temps différé en élaborant différents types de produits tels que des suivis techniques d'instruments de mesure et de capteurs, des ré-analyses et synthèses de données fournies sous forme de champs grillés dans différentes régions et à différentes échelles (figure 1). En plus du client MERCATOR avec ses exigences de temps réel, ce centre de données CORIOLIS fournit déjà à la communauté scientifique les bases de données dont elle a besoin et que cette communauté contribue à alimenter. Enfin, le centre assure aussi l’archivage des données et la construction de climatologies. (www.ifremer.fr/coriolis) (figure 2).


La participation au programme ARGO

CORIOLIS contribuera au programme ARGO (A global array of profiling floats) qui vise à mettre en place un réseau mondial de 3000 flotteurs autonomes destinés à mesurer la structure thermique et haline des océans en temps réel (figure 3). Le déplacement des flotteurs donne des informations sur les champs de vitesse. Un tel réseau fournira un échantillonnage basse résolution, à une fréquence de l’ordre de 10 jours. ARGO se place dans le contexte de programmes internationaux sur l’observation des océans (GODAE) et d’étude de la variabilité climatique (CLIVAR), et sous les auspices de plusieurs agences, telles que l’Organisation Mondiale de la Météorologie et la Commission Océanographique Intergouvernementale de l’UNESCO (www.argo.ucsd.edu).

A la suite d'une réunion de travail internationale tenue à Paris en juillet 2000 pour définir la mise en place du réseau ARGO dans l’Atlantique, la France a annoncé son intention de concentrer initialement sa participation au réseau mondial par des déploiements dans l’océan Atlantique, progressivement du Nord au Sud. Il est ainsi prévu d'approvisionner 240 flotteurs profileurs dans les 2 ans, dont 40 au titre du projet européen de démonstration Gyroscope coordonné par l’IFREMER et associant neuf laboratoires dans quatre pays. Les premiers déploiements CORIOLIS se feront donc dans l’Atlantique (Phase I) ; ils seront échelonnés dans le temps de manière à fournir dès 2001 les données nécessaires au prototype MERCATOR (MNATL) et au projet européen GyroScope. Les achats et les déploiements seront ensuite définis dans le contexte de la collaboration au réseau global ARGO afin d’assurer la mise en place du réseau de démonstration pour GODAE (2003-2005).

Une vingtaine de flotteurs profileurs PROVOR ont été déployés en 2000, dans le proche Atlantique. Les données sont disponibles en temps réel sur le site CORIOLIS - données.


Le développement de profileurs

Dans le cadre de CORIOLIS, l'IFREMER développe des «flotteurs profileurs» PROVOR, à partir de flotteurs dérivants MARVOR destinés à l'étude des courants profonds (jusqu'à 2000 m) et déjà construits en près de 200 exemplaires par la société Martec (figure 4). Ces engins cylindriques d'une trentaine de kilogrammes, sont capables de régler leur flottabilité pour se mettre en équilibre de densité dans la masse d'eau où ils se trouvent (la densité de l'eau augmente avec la profondeur). Dérivant ainsi à une profondeur programmée (par exemple
1000 m), ils plongent périodiquement à 2000 m et remontent vers la surface, en gonflant un ballast. Ils mesurent alors très précisément la température (au centième de degré) et la salinité, deux paramètres qui permettent de calculer la densité des masses d'eau. Les flotteurs transmettent ensuite leurs profils à terre à l'aide du système ARGOS qui permet aussi de les localiser (figure 5). Puis ils replongent vers leur profondeur de dérive où ils vont séjourner pour un nouveau cycle de dix jours (figure 6). Les profileurs dérivants ont des durées de vie supérieures à 3 ans et sont capables d'effectuer plus d'une centaine de cycles jusqu'à épuisement de leur batterie. Ils préfigurent une nouvelle génération de profileurs opérationnels (PNG) actuellement à l'étude et qui devraient sortir industriellement d'ici trois ans. Ces PNG seront deux fois plus petits, moins chers, largables par du personnel non spécialisé depuis des navires d'opportunité et des avions.

L'enjeu industriel de ce volet instrumental de CORIOLIS est important car le marché pérenne qui devrait prolonger ARGO est estimé à 100 millions de francs par an (déploiement d'un millier d'instruments par an pour maintenir une flottille mondiale de 3000 profileurs) et parce que la France est aujourd'hui le seul pays au monde avec les Etats-Unis capable de produire industriellement ces flotteurs.

D'autres instruments de profilage sont déjà à l'étude, tels que les sondes perdables EMMA, capables de remonter depuis les grands fonds où ils seront déposés. Ces instruments, encore au stade du prototype d'évaluation, mesureront des profils «au point fixe», et sur toute la tranche d'eau, complémentaires de la vision «au fil de l'eau» donnée par les flotteurs dérivants.


L'intégration des dispositifs nationaux de mesures in situ

De nombreuses mesures in situ de grand intérêt pour l’océanographie opérationnelle sont déjà effectuées en routine par les organismes nationaux impliqués dans CORIOLIS : SHOM, IFREMER, IFRTP, IRD, Météo-France, depuis les navires hauturiers de recherche, des navires d’opportunité, des bouées dérivantes ou sur mouillages équipés de transmission temps réel.

CORIOLIS se donne comme objectif d’organiser la collecte systématique en temps réel des mesures in situ répondant aux besoins de l’océanographie opérationnelle, qu’elles soient effectuées en routine ou dans le cadre de recherches spécifiques. Il s'agit d'homogénéiser les procédures de réduction, de contrôle et de calibration afin de mettre ces données à disposition sous une forme adaptée aux contraintes opérationnelles.


Conclusion

La mise en œuvre du projet CORIOLIS par les différents organismes français chargés de l'océanographie, va contribuer au bouleversement attendu du système d'observation des océans en lui donnant une couverture mondiale et une vision en temps réel. Le développement de nouveaux instruments autonomes, leur déploiement dans l'océan Atlantique puis mondial, la collecte, le traitement et la diffusion des données vers des utilisateurs multiples, pouvoirs publics, scientifiques, entreprises, en font un projet pilote à multiples facettes qui a vocation à être pérennisé quand les programmes mondiaux auxquels il se rapporte tireront leur bilan dans cinq ans. On assistera alors à une évolution analogue à celle observée en météorologie il y a moins de vingt ans : l'océanographie hauturière dont l'objet est principalement scientifique va vivre une mutation vers l'opérationnel rendue possible par les scientifiques et au bénéfice de la société toute entière, dans le cadre d’un développement durable. Il faudra alors que celle-ci en assume le coût récurrent.


(1) «CORIOLIS-Atlantique, proposition d’un réseau opérationnel de mesure in situ pour l’Atlantique» - rapport final du groupe de travail
CORIOLIS - décembre 1998 - IFREMER et CNES, CNRS, IRD, Météo-France, SHOM.

Contact :
Philippe Marchand
IFREMER - Brest - TMSI/OP
BP70 - 29280 Plouzane
pmarchand@ifremer.fr