Dossier : Climat   
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Le Programme TOGA


Extrait de la Lettre n°3 du Programme International Géosphère Biosphère-Programme Mondial de Recherches sur le Climat (PIGB-PMRC)





























1 - Le phénomène El Niño.















2 - La répartition spatiale de la température moyenne de surface de l'océan mondial (d'après Levitus, 1982) montre clairement l'existence du "réservoir d'eaux chaudes" du Pacifique tropical ouest, siège d'interactions océan-atmosphère très importantes.

 



3 - A la fin du programme TOGA, les principaux réseaux suivants sont opérationnels: 69 mouillages, une quarantaine de marégraphes, plusieurs centaines de bouées dérivantes et une vingtaine de navires de commerce mesurant différents paramètres océan-atmosphère. Le trajet de 23 campagnes océanographiques effectuées par le groupe SURTROPAC est rapporté le long de 165°E et 156°E.













































4 - évolution saisonnière de la température de surface de l'océan dans le Pacifique équatorial entre novembre 1986 et janvier 1989 et évolution saisonnière de l'écart du courant zonal à sa valeur moyenne (d'après TOGA).

 



5 - Evolution saisonnière de la température de l'océan pacifique équatorial entre 0 et 250 m de profondeur, de 1979 à 1993, en deux zones caractéristiques.

 

Aux échelles de temps allant de quelques mois à quelques années, il est maintenant admis que le dérèglement du climat de notre planète est principalement dû aux interactions entre les océans tropicaux et l'atmosphère globale, et tout particulièrement au phénomène El Niño-Oscillation Australe (ENSO) du Pacifique tropical. L'ENSO de 1982-83, considéré comme le plus important du siècle, a eu des conséquences dramatiques pour une partie de la population du globe. C'est pourquoi a été lancé le 1er janvier 1985 pour une durée de 10 ans, le programme international TOGA (océans tropicaux et atmosphère globale), visant à observer, étudier, comprendre, modéliser et si possible prévoir ce type de variations climatiques. Ce programme, par suite d'une coopération internationale exemplaire, a atteint une partie importante des objectifs fixés.

TOGA est un programme international lancé dans le cadre du PMRC (Programme Mondial sur la Recherche du Climat). Il est conjointement patronné par l'Organisation Météorologique Mondiale des Nations Unies (OMM), le Conseil International des Unions Scientifiques (CIUS), la Commission Océanographique Intergouvernementale (COI) de l'UNESCO et le Comité Scientifique de la Recherche Océanique (SCOR) du CIUS.
Commencé en 1985, TOGA s'est officiellement terminé fin 1994. Une quarantaine de pays s'y est impliquée dont les États Unis, le Japon, la France, l'Australie et la Chine parmi les plus actifs au niveau des observations in situ. Des modèles océan-atmosphère ont été développés par ces mêmes pays ainsi que par le Royaume Uni et l'Allemagne.
En France, l'IRD a assuré l'effort essentiel de mesures en mer, à partir de ses centres de Nouméa et de Brest. Le LODYC (laboratoire Université de Paris VI-CNRS/INSU- IRD) a fait un effort très important dans la modélisation océanique. L'expérience TOGA-COARE, étudiant la réponse du système couplé océan-atmosphère dans le Pacifique Ouest, a impliqué en France principalement les laboratoires du CNRM, le CETP et le LMD.
Le financement a été assuré dans le cadre du Programme National d'Études de la Dynamique du Climat (PNEDC), regroupant divers organismes Français (CNRS, MRES, Météo-France, IFREMER, IRD…).

 

Objectifs
Depuis une vingtaine d'années, on a réalisé qu'une inversion importante de courant, se produisant tous les trois à sept ans le long des côtes Pacifique d'Amérique du Sud et connu sous le nom d'El Niño (voir figure 1), correspondait en fait à un phénomène beaucoup plus étendu liant l'Océan Pacifique tropical et l'atmosphère par le biais de l'Oscillation Australe (d'où cette dénomination d'ENSO). A chaque passage d'ENSO, des sécheresses se font sentir, en particulier sur une bonne partie de l'Asie du sud-est, le nord de l'Australie, les îles du Pacifique Ouest et le nord-est du Brésil. En contre partie, d'autres régions du globe se trouvent inondées, comme les régions côtières du Pérou et de l'Équateur. Parallèlement les centres d'action des cyclones se trouvent déplacés, épargnant ou au contraire dévastant certaines régions. Ce phénomène a aussi des conséquences sur le climat des pays tempérés.
La prise de conscience de l'importance fondamentale des océans tropicaux dans ces dérèglements climatiques globaux, et la nécessité de comprendre, et si possible de prévoir, de tels dérèglements ont conduit à la mise en place du Programme TOGA, avec les principaux objectifs suivants :

- obtenir une description des océans tropicaux et de l'atmosphère du globe comme un système dépendant du temps;
- étudier la possibilité d'élaborer des modèles mathématiques du système couplé océan-atmosphère pour prévoir ses variations à cette échelle de temps;
- acquérir les informations scientifiques nécessaires pour concevoir un système d'observations et de transmission des données efficace, dans un but d'une prévision opérationnelle.

Le Programme TOGA a donc été caractérisé par la mise en place progressive de réseaux d'observations systématiques, le développement des mesures traditionnelles par navire de recherche, et par l'analyse intensive et rapide des données correspondantes. Parallèlement, la modélisation a été développée.
Le Pacifique tropical Ouest est au centre de ce que l'on appelle le réservoir d'eaux chaudes du globe (voir figure 2 ), siège d'interactions entre l'océan et l'atmosphère très actives (probablement à l'origine d'ENSO) et difficilement modélisables. Il a donc été proposé de réaliser une expérience particulière dans cette région étudiant le couplage océan-atmosphère (programme TOGA-COARE). Le développement de cette expérience au niveau international a été rendu possible par une importante réunion de travail au Centre IRD de Nouméa en mai 1989. Grâce à l'adjonction de plusieurs équipes d'atmosphériciens du CNRS et de Météo-France aux équipes d'océanographes de l'IRD, la participation Française à cette expérience a été importante.

Réseaux de mesures et campagnes systématiques
Afin d'étudier l'ENSO la communauté internationale a centré son effort de mesures in situ et de modélisation sur le Pacifique tropical, mettant progressivement en place de nombreux réseaux (voir figure 3 ) :

o le réseau XBT sur navires marchands, qui mesure le profil de température de la mer sur 700 m, avec transmission des données en temps quasi-réel par ARGOS. Ce réseau a été lancé en 1979 par une collaboration entre la Scripps Institution of Oceanography et le Centre IRD-Nouméa. Parallèlement, ce dernier a développé son propre réseau de mesures de température et de salinité de surface par navires marchands, avec en particulier le passage progressif à des mesures automatiques par thermosalinographes.
o les mesures marégraphiques, qui ont été développées avec transmission des données par ARGOS sur les nombreuses îles du Pacifique. De plus, sur certaines îles, des instruments mesurant les profils atmosphériques ont été installés.
o le réseau multinational de bouées dérivantes SVP (Surface Velocity Programme) qui a été mis en place dans le cadre des programmes TOGA et WOCE. Une collaboration entre le Centre IRD de Nouméa et l'IFREMER a fourni pour ce réseau des bouées dérivantes munies de courtes chaînes à thermistance mesurant la température des 20 premiers mètres.
o le réseau de mouillages TAO (Tropical Atmosphere Ocean) qui permet de détecter en temps quasi réel, tout le long du Pacifique équatorial, les modifications du vent, des courants et de la structure thermique associées au déclenchement des anomalies climatiques. Commencé par une collaboration entre le Pacific Marine Environmental Laboratory de la NOAA et le Centre IRD-Nouméa, ce réseau est passé de 6 mouillages en 1985 à 69 en 1994. Le Japon, Taiwan et la Corée du Sud y ont progressivement participé.
Parallèlement à ces réseaux, de nombreuses campagnes océanographiques ont été réalisées. Le Centre IRD-Nouméa a été particulièrement actif dans le Pacifique Ouest avec 17 campagnes le long du méridien 165°E et quatre le long du méridien 156°E sur un total d'une cinquantaine de campagnes au niveau international. Bien que de façon moins intensive, les deux autres océans tropicaux ont également été étudiés par les équipe de l'IRD-Brest et du LODYC. D'autres données ont été particulièrement utiles au Programme TOGA. Citons les mesures de vent par navires marchands, les températures de surface par satellite et les mesures de niveau de la mer par les satellites GEOSAT et TOPEX/POSEIDON.
Les données des réseaux et des campagnes TOGA ont été transmises à des centres internationaux, tel que le Centre TOGA de Brest et ont été échangées entre les nombreux groupes de recherche de TOGA pour une exploitation rapide.

Principaux résultats
Parmi les travaux ayant conduit à un progrès notable dans la compréhension du phénomène ENSO, il faut mentionner les études sur les ondes équatoriales effectuées par une équipe conjointe IRD-NASA-NOAA. La comparaison des données altimétriques des satellites GEOSAT et TOPEX/POSEIDON et des données in situ du réseau TOGA-TAO a permis de démontrer que l'on pouvait déduire, à partir des données altimétriques, les courants géostrophiques de surface dans toute la bande équatoriale avec une assez bonne précision. Des ondes équatoriales de Kelvin et de Rossby ont été mises en évidence et leurs réflexions sur les bords est et ouest du Pacifique ont été analysées. Ces études mettent en doute la théorie récente de "l'oscillateur retardé" et montrent l'importance de ces ondes dans le mécanisme d'ENSO (voir "Les Ondes équatoriales et El Niño").
Citons également les avancées importantes réalisées par le groupe de modélisation du LODYC. Le passage en mode couplé océan-atmosphère est en plein développement, en utilisant les modèles atmosphériques du LMD et de Météo-France . L'ensemble de ces modèles, comparés aux observations in situ, a conduit à une meilleure compréhension du phénomène ENSO et à des essais de prédiction encourageants pour les ENSO marqués de 1986-87 et 1991-92.
Enfin, la période d'observations intensives de TOGA-COARE a eu lieu durant la seconde phase de développement d'ENSO de 1991-93 (voir "l'expérience TOGA-COARE"). Les nombreuses données ainsi collectées représentent un potentiel particulièrement important pour les océanographes et les atmosphériciens. La réunion de travail à Météo-France (Toulouse, août 1994), accompagnée de moyens informatiques importants, a permis le développement des collaborations scientifiques.

Conclusions , perspective
Ainsi, dix ans après son lancement, TOGA a atteint une large part de ses objectifs initiaux. Grâce à un ensemble de campagnes à la mer et à la mise en place de réseaux d'observations, il a été possible de décrire les variations temporelles des océans tropicaux (voir figures 4 et 5 ), et d'appréhender leurs interactions avec l'atmosphère globale. Sans pouvoir prétendre être arrivé à la connaissance précise des mécanismes d'ENSO, des progrès ont été réalisés dans ce sens, avec en particulier l'étude des ondes équatoriales. De nombreux modèles océaniques et atmosphériques ont été développés, et certains modèles couplés arrivent à prévoir la plupart des événements ENSO six mois à un an à l'avance. Ce succès a été rendu possible par une coopération remarquable entre l'ensemble des scientifiques impliqués (plus d'un millier), et en particulier par l'échange rapide de toutes les données obtenues.
L'important potentiel mis en œuvre au cours de TOGA devrait continué d'être utilisé dans le cadre du programme CLIVAR. Parallèlement, la collecte des données en continu devrait être reprise et développée dans le cadre des programmes opérationnel d'observations systématiques GOOS (Global Ocean Observing System) et GCOS (Global Climate Observing System).


Contact:
Joël Picaut
Laboratoire d'Océanographie Physique - IRD
Centre IRD de Nouméa
BP A5, Nouméa, Nouvelle Calédonie



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